Microsoft Word - 7256720_Chapitre 2_FR.doc TECHNOLOGIE DES SYSTÈMES HYDRAULIQUES MOBILES 5100, rue des Tournelles, bureau 500 Québec (Québec) Canada G2J 1E4 Téléphone : 418-688-9067 Sans frais : 1-800-567-0791 (Canada et É.-U.) Télécopieur : 418-688-9526 Courriel : info@consulab.com Internet : www.consulab.com TABLE DES MATIÈRES INTRODUCTION……………………………………………………………………….........................i CHAPITRE 1 – SÉCURITÉ HYDRAULIQUE Accidents typiques..................................................................................................... 1 Verrouillage/étiquetage pour les circuits hydrauliques............................................. 37 Risques potentiels pour la sécurité .......................................................................... 48 Système Safe-T-Bleed............................................................................................. 67 CHAPITRE 2 – PRINCIPES DE BASE DE L’HYDRAULIQUE Théorie de l’hydraulique ............................................................................................ 1 Département Sécurité hydraulique .......................................................................... 13 Département Vitesse hydraulique............................................................................ 19 Département force/couple hydraulique .................................................................... 32 Département Commande de direction de l’écoulement ........................................... 45 Département Pression hydraulique.......................................................................... 54 CHAPITRE 3 – DISPOSITIFS DE RÉGULATION DE PRESSION Soupape de surpression............................................................................................ 1 Soupapes de surpression montées tête-bêche entre les orifices............................... 4 Soupape de séquence............................................................................................. 10 Soupape d’équilibrage ............................................................................................. 18 Détendeur ................................................................................................................ 34 Soupape de surpression pilotée .............................................................................. 42 CHAPITRE 4 – POMPES HYDRAULIQUES Fonctionnement à l’entrée de la pompe..................................................................... 1 Renseignements généraux sur les pompes............................................................... 6 Pompes à cylindrée fixe........................................................................................... 24 Pompe à cylindrée variable...................................................................................... 47 Pompes à compensation de pression...................................................................... 54 Pompes à rétroaction de la charge .......................................................................... 64 Pompes réversibles ................................................................................................. 76 Systèmes hydrauliques en boucle fermée ............................................................... 78 CHAPITRE 5 – CLAPETS ANTIRETOUR, ACCUMULATEURS ET ACTIONNEURS Clapet antiretour ........................................................................................................ 1 Accumulateurs hydrauliques.................................................................................... 11 Précharge d’un accumulateur .................................................................................. 20 Actionneurs hydrauliques ........................................................................................ 27 CHAPITRE 6 – RÉSERVOIRS, REFROIDISSEURS D’HUILE, FLEXIBLES ET RACCORDS Réservoirs hydrauliques ............................................................................................ 1 Refroidisseurs d’huile ................................................................................................ 3 Flexibles hydrauliques ............................................................................................... 7 CHAPITRE 7 – DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Introduction................................................................................................................ 1 Distributeur de commande directionnelle................................................................... 4 Distributeur à débit proportionnel............................................................................. 35 Distributeur de commande mobile ........................................................................... 36 Soupapes Power Logic............................................................................................ 44 Distributeur de direction Orbitrol .............................................................................. 49 CHAPITRE 8 –RÉGULATEURS ET DIVISEURS DE DÉBIT Régulateurs de débit sans compensation de pression .............................................. 1 Régulateurs de débit avec compensation de pression ............................................ 20 Régulateurs de débit avec compensation de température....................................... 26 Diviseurs de débit .................................................................................................... 49 CHAPITRE 9 – FILTRATION ET MAINTENANCE PRÉVENTIVE Filtration..................................................................................................................... 1 Principes de maintenance préventive ...................................................................... 31 CHAPITRE 10 – GUIDE DE DÉPANNAGE DES COMPOSANTS HYDRAULIQUES Le dépannage efficace en huit étapes ....................................................................... 1 Essais de restriction d’entrée de la pompe ................................................................ 3 Essais de débit d’une pompe à cylindrée fixe.......................................................... 15 Essais de fuites des pompes volumétriques............................................................ 38 Essais de pression de carter des pompes volumétriques........................................ 51 Essais des soupapes de surpression ...................................................................... 68 Essais des clapets antiretour ................................................................................... 74 Essais d’étanchéité des cylindres ............................................................................ 80 Essais des distributeurs de commande directionnelle ............................................. 90 Essais des modules de circuit sandwich.................................................................. 99 Essais des moteurs à drainage interne.................................................................. 107 Introduction i PH1-01/INT-55 Objectifs pratiques de l’atelier sur l’hydraulique 1. Sécurité 2. Apprendre à connaître le patient 3. Lois et principes généraux de l’hydraulique 4. Maintenance préventive 5. Filtration 6. Symboles normalisés 7. Principes élémentaires du dépannage hydraulique ii Objectif 1 SÉCURITÉ ... on comptera en moyenne 18 morts et 36 000 blessés dans des accidents du travail! Aujourd'hui aux ÉtatsUnis Et cela coûtera 468 millions de dollars (171 milliards de dollars par an)! Selon des études conduites par la San Jose State University en 1992. Le premier, et le plus important, objectif de cet atelier est donc la SÉCURITÉ lorsqu’on travaille sur l’hydraulique! iii PH1-03/INTRO-20 Objectif 2 APPRENDRE À CONNAÎTRE LE PATIENT Vous devez comprendre le système hydraulique et ses composants comme un médecin apprend à connaître et à réparer théoriquement et pratiquement les nombreux organes et systèmes du corps humain. iv PH1-04/INT-46 Apprendre à connaître le patient Non seulement le médecin doit savoir exactement le nom et l’emplacement des différents éléments du corps humain, mais il doit aussi savoir à quoi ils servent et leur théorie de fonctionnement. C’est pour cela qu’on leur fait confiance pour nous « dépanner »! v PH1-05/DAR-05 Apprendre à connaître le patient Nous pensons que si vous connaissez un système hydraulique dans ses moindres détails, de la même manière qu’un médecin connaît l’anatomie de son patient, vous serez mieux en mesure d’entretenir et de dépanner le système. Dans les deux cas, la compétence se fonde sur la relation étroite entre le médecin et le patient (le technicien et le composant hydraulique). vi PH1-06/INT-21a Objectif 3 Lois et principes généraux de l’hydraulique Pour être capable de comprendre le fonctionnement d’un système hydraulique et le rôle de ses différents organes, il est important de connaître les lois et les principes de base de l’hydraulique. PRESSION = FORCE + SURFACE « Dans un récipient fermé rempli d’un liquide en équilibre, la pression appliquée sur une surface quelconque du récipient est intégralement transmise dans toutes les directions au sein du liquide. » vii PH1-07/OBJ-01 Objectif 4 MAINTENANCE PRÉVENTIVE Un avion qui décolle d’un aéroport et atterrit à un autre ressemble beaucoup à un quart de travail. La maintenance est si rigoureuse qu’il n’y a presque jamais de panne en vol. Les compagnies aériennes fonctionnent sur la base de la maintenance planifiée en fonction du temps de vol, qui est une forme de maintenance préventive. Dans une installation moderne, il est rare qu’un quart de travail se déroule sans incidents. En conséquence, la maintenance se fait en mode réactif (dépannage) et c’est la « gestion par le chaos ». Pourquoi ne pas appliquer les mêmes principes à un programme de maintenance préventive des systèmes hydrauliques? C’est à vous de le faire! viii PH1-07/OBJ-01 Programme de maintenance préventive - Système hydraulique – Exemple Périodique Seconde opinion nécessaire Critique – Exige une attention immédiate Date : 11/25/98 Heure : 12 h 45 a.m./ Groupe hydraulique : FR-1324 Technicien: Jean Prudent – INSTRUCTIONS DE SÉCURITÉ – Observez toutes les précautions prescrites. Portez des lunettes de sécurité en permanence. Point à contrôler Mesure Nominal 1. Température ambiante 80 °F Selon la saison 2. Température huile 120 °F 110 ºF – 140 ºF (43 ºC - 60 ºC) 2 po 3. Perte de charge à l’entrée de la pompe Max. 4 po mercure (Hg) à la température de fonctionnement normale 4. Vitesse moteur 1750 1750 tr/min 5. Précharge accumulateur 800 800 lb/po2 (55,17 bars) (azote) 6. Pression d’huile travail 3000 3000 lb/po2 (207 bars) (compensateur pompe) 7. Débit pompe (refoulement) 5 gal/min Voir indication du débitmètre 30 °F 30 °F (-1,1 ºC) 8. Différence de température au refroidisseur d’huile 30 °F 40 °F (4,4 ºC) 9. Température de l’eau d’entrée du refroidisseur 10. Échantillon d’huile pris le 16/14/11 Objectif de pureté atteint 16/14/11 Décrire tous les problèmes constatés sur le système hydraulique, p.ex. fuites d’huile, bruits anormaux, fixations desserrées, état des grilles de protection de l’accouplement, flexibles usé par frottement, fuites aux cylindres, manomètres défectueux, etc. Aucune anomalie Est-ce que vous comprenez toutes les informations techniques de cette fiche? /NON p.m OUI ix PH1-08/INT-21a Objectif 5 On peut dire que 95 % de toutes les défaillances de composants hydrauliques sont causées par la contamination, d’une manière ou d’une autre. Vous apprendrez comment la contamination affecte la durée de vie et le bon fonctionnement des composants hydrauliques. Vous apprendrez également comment on peut éliminer les pannes hydrauliques en connaissant la conception et la réalisation d’une approche systémique du contrôle de la contamination. Vous apprendrez à atteindre votre objectif de filtration. Conserver le liquide propre à un niveau pour lequel la contamination n’est pas un facteur de défaillance catastrophique, de dégradation ou d’anomalie intermittente dans les composants du système, sur toute la durée de vie utile prévue. x PH1-09/OVHD-22 Objectif 6 SYMBOLES ANSI POUR L’HYDRAULIQUE Quiconque travaille régulièrement sur des systèmes hydrauliques sans être familier avec la lecture des schémas hydrauliques est, en un sens, un « illettré ». Un schéma hydraulique est essentiellement un outil de décodage, comme une carte géographique. Il indique exactement les composants du système et illustre leur interaction. Il montre également le sens d’écoulement de l’huile. Un objectif important de cet atelier est de vous apprendre à lire correctement les symboles ANSI (American National Standards Institute), comme ceux d’une carte. actionneur (vérin) actionneur (vérin) actionneur (moteur) soupape de séquence clapet de retenue à pression pilote distributeur de commande directionnelle pompe filtre refroidisseur crépine d’aspiration réservoir soupape de sûreté xi PH1-10/INT-21a Objectif 7 PRINCIPES ÉLÉMENTAIRES DU DÉPANNAGE HYDRAULIQUE Au fur et à mesure que vous assimilerez la théorie hydraulique de base et le fonctionnement des composants hydrauliques, vous apprendrez les principes de base du dépannage. Si vous savez comment fonctionne un composant hydraulique, vous comprendrez facilement pourquoi et comment il tombe en panne. Un objectif de cet atelier est de vous apprendre les bonnes techniques de base du dépannage. AVERTISSEMENT. Verrouillez et étiquetez les sources d’énergie avant de débrancher une tuyauterie quelconque. Purgez la pression de la tuyauterie et vérifiez qu’elle n’est plus sous pression. 1. Installez un manomètre 2. Installez un débitmètre en série avec la sortie de la pompe 3. Installez un dépressiomètre 1. Débitmètre 2. Manomètre 3. Tachymètre 4. Dépressiomètre 5. Thermomètre Sécurité hydraulique Accidents typiques................................................ 1 Verrouillage/étiquetage pour les circuits hydrauliques ........................................................ 37 Risques potentiels pour la sécurité ................... 48 Système Safe-T-Bleed ......................................... 67 CHAPITRE 1 1 de 84 Accidents typiques causés par les composants hydrauliques CHAPITRE 1 2 de 84 PH2-01/SC-001d AVERTISSEMENT! Laisser échapper du liquide sous pression dans l’atmosphère peut causer des blessures ou des brûlures graves ou mortelles, ainsi que des dommages matériels importants. CHAPITRE 1 3 de 84 PH2-01/SC-001d Laisser échapper de l’huile sous pression dans l’atmosphère peut causer des brûlures ou des blessures graves ou mortelles, ainsi que des dommages matériels importants. Le liquide l’hydraulique sous pression forme des jets très puissants qui peuvent pénétrer sous la peau et causer des lésions. Vous devez toujours faire diminuer la pression avant de débrancher une tuyauterie hydraulique ou autre. Serrez tous les raccords avant de mettre un circuit sous pression. Pour rechercher les fuites, utilisez un morceau de carton. Protégez vos mains et votre corps des jets de liquide haute pression. En cas d’accident, consultez immédiatement un médecin. Tout liquide l’hydraulique injecté sous la peau doit être retiré par une opération chirurgicale dans un délai de quelques heures, sinon la gangrène peut s’installer. Les médecins non familiers avec ce genre de blessure devraient consulter une source médicale compétente. Ce genre d’information est disponible auprès de John Deere et de la Company Medical Department, Molline, Illinois, U.S.A. À titre d’exemple : Le manuel d’exploitation et d’essai des abatteuses-empileuses John Deere® 643G et 843G contient cet avertissement : Section « Information de sécurité » (référence 9000-01-1) rubrique « Éviter les jets de liquide haute pression » : (texte manquant) Caterpillar® inclut également un avertissement sur les conséquences des jets d’huile en air libre qui peuvent « causer des blessures sérieuses »). Manuel d’entretien du Caterpillar® PM 565 Cold Planer, section « Dépannage ». AVERTISSEMENT Soyez extrêmement prudent avec le liquide l’hydraulique sous pression. Un jet de liquide l’hydraulique s’échappant à l’air libre a suffisamment de force pour traverser la peau et causer une blessure grave. Le liquide peut également être très chaud et causer des brûlures. Des infections ou des réactions sérieuses peuvent se produire si un traitement médical approprié n’est pas immédiatement administré. Manuel d’entretien des pompes des moteurs à pistons axiaux Sauer-Sundstrand® séries 90. CHAPITRE 1 4 de 84 PH2-02/SAF-03 CHAPITRE 1 5 de 84 PH2-03/NDSC-019 Objectif 1. Purger l’air emprisonné dans le circuit. 2. Vérifier le débit. 3. Vérifier la pression. Pratique courante acceptable : Desserrer les raccords pour causer une légère fuite. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Peut causer des brûlures ou des blessures graves ou mortelles. 2. Peut causer des lésions par pénétration sous la peau. 3. Peut causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. L’huile atomisée est extrêmement inflammable. NDSC-019 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ pour rester en vie! CHAPITRE 1 6 de 84 PH2-04/NDSC-019a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Concevoir des machines et des équipements hydrauliques à sécurité intégrée. 3. Fournir aux employés des instruments de diagnostic appropriés. NDSC-019a Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ pour rester en vie! CHAPITRE 1 7 de 84 PH2-05/RMFPT_05 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 8 de 84 PH2-06/NDSC-001 NDSC-001 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 9 de 84 Équipement de diagnostic Dans tous les systèmes hydrauliques, il faut disposer d’instruments de mesure de la pression, du débit, de la vitesse et de la température. Des réglages périodiques sont nécessaires pour maintenir des performances optimales de l’équipement. L’équipement de diagnostic est comme une « fenêtre » sur le système hydraulique qui permet de vérifier scientifiquement les paramètres tels que la pression, le débit, la vitesse et la température. Dans l’utilisation de l’équipement de diagnostic, respectez toujours les règles de base : a L’équipement de diagnostic doit être en parfait état et doit être étalonné et entretenu selon les recommandations du fabricant. b L’équipement de diagnostic doit être conçu pour des valeurs égales ou supérieures à la pression normale et au débit normal du système à vérifier. c Demander au représentant du fabricant d’assurer la formation sur un nouvel équipement de diagnostic. d Ne jamais modifier un équipement de diagnostic et ne pas l’utiliser à des fins autres que celles pour lesquelles il a été conçu. e Lire toutes les instructions d’utilisation et de sécurité du fabricant avant d’employer l’équipement. Quelques applications de l’équipement de diagnostic. Sécurité – évitez que les techniciens d’entretien n’effectuent des essais sur des circuits ouverts à l’atmosphère. Mise en marche d’un système – vérifiez qu’il n’y a pas d’anomalie avant le démarrage. Maintenance préventive – surveillez le fonctionnement des composants individuels. Recherche et développement – contrôles et notez les niveaux de performance des systèmes et des composants d’un nouvel équipement. Dépannage – aidez les techniciens d’entretien à identifier et à rectifier les problèmes. Les instruments de diagnostic peuvent être classés en « essentiels » et « facultatifs ». Équipement essentiel Tous les instruments utilisés par les techniciens assurant les fonctions de maintenance préventive et de diagnostic sur une base quotidienne pour les pressions, les débits, les vitesses et les températures. CHAPITRE 1 10 de 84 Instrumentation facultative Tous les instruments utilisés par les constructeurs, dans la recherche et le développement, pour effectuer des essais spécifiques, comme des analyses d’huile, des analyses de pression maximale et des calculs de puissance. Débitmètre « Le débitmètre est au technicien ce que le stéthoscope est au médecin. » Il existe de nombreux types de débitmètres pour tous les budgets et toutes les applications. Ils vont des instruments sur conduite peu coûteux aux appareils électroniques sophistiqués. Débitmètre mécanique sur conduite Avantages a. Relativement peu coûteux. b. Facile à entretenir ou à réparer. c. Léger. d. Permet de faire des mesures sur de nombreux liquides et gaz. e. Précision à 5 % près à pleine échelle. f. Fidélité à 1 % près. g. Pas besoin de redresseurs d’écoulement ni de tuyauteries spéciales. h. Relativement insensible aux chocs et aux vibrations. i. Bonne stabilité en viscosité. j. Lecture directe. k. Pas de branchement électrique. Inconvénients a. Niveau de précision parfois insuffisant pour un laboratoire. b. Mesure des écoulements unidirectionnels seulement. c. Pas d’enregistrement permanent du débit. d. Pas de capacité de simulation de charge. e. Obligation d’ouvrir les tuyauteries pour intercaler le débitmètre. Débitmètre électronique numérique portatif Avantages a. Précision de niveau laboratoire. b. Les débitmètres à turbine ont une réponse rapide. c. Possibilité de simuler des charges. d. Compact. e. Mesure les débits dans les deux sens CHAPITRE 1 11 de 84 f. Interface pour PC. g. Mesure intégrée du débit, de la pression et de la température. h. Peut enregistrer des pointes de pression aussi brèves que 0,6 ms. i. Possibilité d’enregistrement de pression différentielle. j. Les mesures peuvent être envoyées directement à un enregistreur ou à une imprimante. k. Sortie papier alphanumérique ou graphique. Inconvénients a. Coûteux à l’achat. b. Coûteux à entretenir. c. Étalonnages fréquents nécessaires. d. Entretien et étalonnage par le fabricant (en général). e. Extrêmement fragile aux chocs et aux vibrations. f. Capacités très limitées du transducteur de pression et de l’imprimante. g. Extrêmement sensibles à la contamination. h. Relativement lourd et encombrant. Manomètres Un manomètre est un instrument de mesure de pression. Il existe deux types de manomètres : à tube de Bourdon et à plongeur. Les manomètres à tube de Bourdon sont constitués d’une aiguille se déplaçant devant un cadran gradué dans les unités désirées. Le pivot de l’aiguille est relié à un tube de métal souple et enroulé, appelé « tube de Bourdon ». L’intérieur du tube de Bourdon est soumis à la pression à mesurer. Quand la pression augmente, le tube de Bourdon tend à se dérouler sous l’effet de la différence de surface entre ses parois intérieure et extérieure. C’est ce mouvement qui fait tourner l’aiguille pour indiquer la pression sur le cadran. Les manomètres à tube de Bourdon sont des instruments dont la précision varie entre 0,1 % et 3,0 % de la valeur à pleine échelle. Ils sont utilisables dans les laboratoires pour des mesures de pression très précises. Les manomètres à plongeur sont constitués d’un cylindre dans lequel se déplace un plongeur retenu par un ressort. Le plongeur actionne une aiguille qui indique la pression sur un cadran gradué. Quand la pression du système augmente, le plongeur se déplace en surmontant la force du ressort antagoniste. Ce mouvement du plongeur produit une rotation de l’aiguille qui indique la pression sur le cadran. Ces plongeurs sont économiques et conviennent pour des mesures de faible précision. CHAPITRE 1 12 de 84 Pyromètre L’efficacité (rendement) des systèmes hydrauliques n’est pas de 100 %. Les pertes se manifestent sous la forme de chaleur dans tous les systèmes hydrauliques. Même le système le mieux conçu convertit une partie de la puissance d’entrée en chaleur. Il est donc nécessaire de surveiller fréquemment et de contrôler avec précision l’échauffement du liquide hydraulique. On utilise donc une large gamme de pyromètres numériques portatifs pour mesurer les températures. Il existe des sondes spécifiques conçues pour être immergées dans le liquide, pour mesurer des températures de surfaces ou pour mesurer la température ambiante ou la température d’un écoulement d’air. À ce niveau, vous pouvez considérer qu’un « thermomètre » est synonyme de « pyromètre ». Tachymètre Un tachymètre est aujourd’hui un appareil à microprocesseur, tenu à la main et qui indique sans contact la vitesse de rotation en tours par minute d’un arbre ou d’une poulie sur lequel ou laquelle on projette un faisceau de lumière visible. Les tachymètres numériques permettent de mesurer des vitesses aussi basses que 6 tr/min et offrent des fonctions de mémoire sophistiquées. Ils sont d’une très haute fiabilité et nécessitent un minimum d’entretien. Certains fabricants offrent un adaptateur pour la mesure par contact direct. Appareil de précharge d’accumulateur Un appareil de précharge est constitué d’un collecteur muni d’un adaptateur de robinet, d’une poignée en « T » pour tourner la tige du robinet de l’accumulateur, d’une soupape de purge, d’une tige pour la soupape de charge et d’un manomètre robuste allant jusqu’à 3 000 lb/po2 (207 bars). Il comprend également un tuyau flexible de 2 mètres (6 pi) de type haute pression, en caoutchouc synthétique renforcé d’une tresse d’acier. Le tuyau est muni de raccords pour l’accumulateur et pour la source de gaz. Mini-testeur portatif Cet appareil simple et peu coûteux est devenu indispensable pour vérifier certains composants hydrauliques avec des résultats impressionnants. Un groupe miniature mobile, monté sur un chariot, est plus commode pour rechercher les fuites sur les équipements comprenant un grand nombre de composants hydrauliques. Le chariot peut être amené rapidement à proximité du composant suspect qui peut être vérifié en place ou démonté, pour une analyse immédiate des fuites. Sécurité avant tout! Aucun essai de composant ou de système hydraulique ne doit être entrepris sans disposer de l’équipement de diagnostic approprié et savoir s’en servir. Si vous n’avez pas l’équipement nécessaire ou si vous n’avez pas de formation pour l’utiliser, N’ENTREPRENEZ PAS d’essais sur des composants hydrauliques CHAPITRE 1 13 de 84 pour rester en vie! PH3-01/INT-19a Objectif Vérifier le débit d’une pompe. Pratiques courantes à risques 1. Laisser échapper l’huile directement dans l’atmosphère. 2. Faire couler l’huile dans un récipient. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Peut causer des brûlures ou des blessures graves ou mortelles. 2. Peut causer des lésions par pénétration sous la peau. 3. Peut causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. Extrême inflammabilité de l’huile atomisée. NDSC-13a Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 14 de 84 pour rester en vie! PH2-08/NDSC-13 Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Fournir aux employés des instruments de diagnostic appropriés. 3. Discuter de la sécurité hydraulique au cours de vos réunions de sécurité. NDSC-13 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 15 de 84 pour rester en vie! PH2-09/NDSC-026 Objectif Rechercher les fuites internes dans les systèmes hydrauliques. Pratiques courantes à risques Laisser échapper l’huile directement dans l’atmosphère et détecter visuellement les fuites. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Peut causer des brûlures ou des blessures graves ou mortelles. 2. Peut causer des lésions par pénétration sous la peau. 3. Peut causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. L’huile finement atomisée est extrêmement inflammable. NDSC-026 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 16 de 84 pour rester en vie! PH2-10/NDSC-026a Que peut-on faire pour minimiser ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Fournir aux employés des instruments de diagnostic appropriés. 3. Aborder les risques de l’hydraulique lors de vos réunions de sécurité. NDSC-026 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 17 de 84 pour rester en vie! PH2-11/NDSC-10 Objectif Supprimer la charge d’un vérin après une défaillance du distributeur de commande. Pratiques courantes à risques 1. Desserrer légèrement un raccord pour laisser échapper la pression. 2. Faire preuve de jugement si la solution 1 ne fonctionne pas. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Peut causer des brûlures ou des blessures graves ou mortelles. 2. Peut causer des lésions par pénétration sous la peau. 3. Peut causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. L’huile finement atomisée est extrêmement inflammable. CHAPITRE 1 18 de 84 pour rester en vie! PH2-12/NDSC-10a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Obliger les constructeurs de machines et d’équipement à concevoir leur système dans le respect des pratiques sécuritaires OSHA et MSHA pour le verrouillage et l’étiquetage des systèmes hydrauliques. 3. Sensibiliser les constructeurs de machines et d’équipement à leur responsabilité en matière de sécurité intégrée. 4. Former des inspecteurs en sécurité à ces risques pour qu’ils fassent appliquer ces directives. NOTA. 99 % des systèmes hydrauliques des machines et des équipements n’ont pas de moyen d’isoler la source d’énergie et de vérifier la sécurité hydraulique. NDSC-010 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 19 de 84 PH2-13/NDSC-11 Objectif Resserrer un raccord hydraulique qui fuit. Pratiques courantes à risques Resserrer le raccord avec le circuit sous pression. Serrer le raccord jusqu’à ce que la fuite cesse. Quels sont les risques de ces pratiques? La fuite peut avoir deux causes : raccord desserré ou raccord endommagé. Une bonne précaution est de présumer que le raccord est endommagé! Si c’est le cas, vous ne pourrez pas supprimer la fuite en le resserrant. Un serrage excessif peut provoquer une rupture du raccord et un accident causé par le jet de liquide haute pression. 1. Peut causer des brûlures graves ou mortelles. 2. Peut causer des lésions par pénétration sous la peau. 3. Peut causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. L’huile finement atomisée est extrêmement inflammable. NDSC-011 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ pour rester en vie! CHAPITRE 1 20 de 84 pour rester en vie! PH2-14/NDSC-11a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Avant de resserrer un raccord hydraulique : a. verrouiller et étiqueter la source d’énergie, b. couper la pompe et vérifier qu’il n’y a plus de pression, c. resserrer le raccord selon les recommandations du fabricant, d. remettre la pompe en marche, e. si le raccord fuit toujours, le remplacer. NDSC-011a Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 21 de 84 pour rester en vie! PH2-17/NDSC-012 Objectif 1. Libérer une charge coincée. 2. Effectuer un essai moteur hydraulique calé. 3. Faire caler un moteur pour vérifier le point d’ouverture de la soupape de décharge. Pratiques courantes à risques 1. Libérer une charge bloquée. Utiliser une clé à tubes longue (par exemple). Serrer les mors sur le bout de l’arbre. Ne pas tenir la poignée à pleine main et forcer par à-coups jusqu’à ce que l’arbre soit libre. 2. Effectuer un essai moteur hydraulique calé. Cette procédure standard permet de vérifier les fuites internes d’un moteur hydraulique. Certains constructeurs de machine et d’équipement vont jusqu’à recommander de bloquer l’arbre à l’aide d’une clé à tubes. 3. Faire caler un moteur pour vérifier le point d’ouverture de sa soupape de décharge. C’est une procédure courante pour vérifier le point d’ouverture de la soupape de décharge. Dans la majorité des cas, l’usage d’une clé à tubes est courant et même recommandé. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Si vous n’arrivez pas à décoincer la machine et si l’arbre commence à tourner, que va-t-il se passer si la clé reste engagée sur l’arbre? Connaissez la vitesse de l’arbre? Et le couple? 2. Dans le cas d’un moteur hydraulique volontairement calé pour mesurer les fuites internes ou vérifier la soupape de décharge, le couple produit par le moteur peut être grandement sous-estimé. Si la clé se brise ou si le bâti de la machine cède, il y a un risque de blessures graves ou mortelles. NDSC-012 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 22 de 84 pour rester en vie! PH2-18/NDSC-012a Comment peut-on éviter ces dangers? 1 Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Établir une procédure pas-à-pas de sécurité pour libérer une charge coincée. 3. Sécurité intégrée S’il n’a pas d’autres moyens que de caler un moteur pour vérifier le fonctionnement de sa soupape de décharge, il devrait y avoir la robinetterie nécessaire pour le faire en toute sécurité. 4. Apprenez aux gens à dépanner les moteurs hydrauliques. Quand on sait le faire, il n’est plus nécessaire d’avoir recours à un essai « moteur calé ». NDSC-012 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 23 de 84 PH2-15/NDSC-036a NDSC-036a Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 24 de 84 PH2-16/NDSC-036b SAF-036b Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 25 de 84 PH2-20/SC-014 SC-014 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 26 de 84 PH2-21/NDSC-020 Objectif 1. Vérifier la pression de précharge des accumulateurs. 2. Dépanner un accumulateur. Pratiques courantes à risques 1. Enfoncer l’obturateur de la valve avec le doigt ou un instrument pointu. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Les jets d’azote haute pression sont capables de percer la peau. 2. Les jets d’huile haute pression sont capables de pénétrer sous la peau. 3. Ils peuvent causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. L’huile finement atomisée est extrêmement inflammable. NDSC-020 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ pour rester en vie! CHAPITRE 1 27 de 84 pour rester en vie! PH2-22/NDSC-020a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Fournir aux employés des instruments de diagnostic appropriés. 3. Aborder les risques de l’hydraulique lors de vos réunions de sécurité. 4. L’entretien et la réparation des accumulateurs hydrauliques doivent être réservés au personnel qualifié et autorisé. NDSC-020a Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 28 de 84 PH2-24/ACC-007 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 29 de 84 PH2-25/NDSC-006 Objectif Démonter et réparer un accumulateur hydraulique à gaz. Pratiques courantes à risques Faire preuve de jugement. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Pour les non-spécialistes, un accumulateur hydraulique semble inoffensif. Pourtant, il est chargé d’azote à haute pression. L’ouverture libère l’azote sous forme de jets à très grande vitesse pouvant causer : a. pénétration de la peau. b. lésions oculaires ou perte d’un œil. 2. La pression du gaz peut éjecter certaines pièces (couvercles) à de très grandes vitesses. 3. L’utilisation d’air comprimé pour sortir le piston peut provoquer une très violente éjection de ce dernier. NDSC-006 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ pour rester en vie! CHAPITRE 1 30 de 84 pour rester en vie! PH2-26/NDSC-006a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Fournir aux employés des procédures de réparation et d’entretien très précises. 3. Aborder les risques de l’hydraulique lors de vos réunions de sécurité. 4. L’entretien et la réparation des accumulateurs hydrauliques doivent être réservés au personnel qualifié et autorisé. NDSC-006 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 31 de 84 pour rester en vie! PH2-27/NDSC-007 Objectif Démonter un vérin hydraulique. Pratiques courantes à risques Utiliser de l’air comprimé pour éjecter le piston et la garniture. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. L’air comprimé peut éjecter violemment le piston, la tige et la garniture hors du cylindre. Ce qui peut causer : a. des blessures graves ou mortelles, b. des dommages matériels, c. des risques d’incendie – l’air comprimé mélangé au brouillard d’huile peut causer une combustion ou une explosion au contact d’une source d’inflammation. NDSC-007 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 32 de 84 pour rester en vie! PH2-28/NDSC-007a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Aborder les risques de l’hydraulique lors de vos réunions de sécurité. 3. Quelques précautions standard a. Porter des lunettes de sécurité. b. Tirer la tige du cylindre jusqu’au bout, jusqu’à ce qu’elle touche le sol. c. Boucher l’orifice. d. Remplir le bout fermé du vérin avec de l’huile hydraulique. e. Utiliser une source de pression portative (avec manomètre) à l’orifice côté fermé. f. Supporter la tige du vérin avant qu’elle ne tombe à terre. g. Avec la source portative, augmenter graduellement la pression dans le cylindre en surveillant le manomètre pour éviter de dépasser la pression maximale. NDSC-007a Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 33 de 84 PH2-29/NDSC-002 Objectif Mesurer les fuites internes d’un vérin hydraulique. Pratiques courantes à risques Débrancher la tuyauterie de l’un des orifices d’huile et mettre l’autre sous pression pour observer la fuite à l’orifice ouvert. Quels sont les risques de ces pratiques? 1. Peut causer des brûlures graves ou mortelles. 2. Peut causer des lésions par pénétration sous la peau. 3. Peut causer des lésions oculaires ou la perte d’un œil. 4. L’huile finement atomisée est extrêmement inflammable. NDSC-002 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ pour rester en vie! CHAPITRE 1 34 de 84 pour rester en vie! PH2-30/NDSC-002a Comment peut-on éviter ces dangers? 1. Formation obligatoire pour le personnel qui travaille sur ou à proximité des circuits hydrauliques. Cette formation doit porter, à titre non limitatif, sur : a. sécurité hydraulique, b. théorie de l’hydraulique, c. utilisation des instruments de diagnostic, d. lecture des schémas hydrauliques. 2. Fournir aux employés des instruments de diagnostic appropriés. 3. Aborder les risques de l’hydraulique lors de vos réunions de sécurité. NDSC-002 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 1 35 de 84 PH2-31/SAF-033 SAF-033 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 99 % des ruptures de flexibles et de raccords sont causées par l’utilisation de pièces non compatibles. Avant d’assembler des flexibles et des raccords de marques différentes, consultez le fabricant du flexible ou du raccord. CHAPITRE 1 36 de 84 PH2-34/SAF-16 1. TOUJOURS porter des lunettes de sécurité pour travailler sur ou autour de systèmes hydrauliques. 2. NE JAMAIS desserrer légèrement un raccord pour vérifier la pression ou le débit. 3. NE JAMAIS resserrer des raccords sous pression. 4. NE JAMAIS forcer pour dégager une charge coincée. La charge peut être sous tension. 5. NE JAMAIS utiliser une clé pour coincer un moteur. 6. NE JAMAIS régler la pression ou le débit au hasard. 7. NE JAMAIS débrancher une tuyauterie pour vérifier le débit. 8. TOUJOURS respecter les procédures de verrouillage/étiquetage. 9. NE JAMAIS forcer sur la tige d’un vérin pour aligner la chape et engager l’axe à la main. 10. NE JAMAIS ouvrir la valve de précharge d’un accumulateur avec les doigts. 11. NE JAMAIS poser la main sur des raccords pour vérifier si le moteur électrique tourne. 12. TOUJOURS replacer les grilles et les protections des raccords. 13. NE JAMAIS passer les doigts dans un jet d’huile sous pression. 14. Méfiez-vous des cellules photoélectriques. Si elles sont sous tensions, elles pourraient déclencher un actionneur. 15. NE JAMAIS utiliser de câbles ou de chaînes pour bloquer un actionneur. 16. NE JAMAIS laisser échapper des jets d’huile hydraulique dans l’atmosphère. 17. NE JAMAIS faire un essai produisant un brouillard d’huile. Cela risque de causer un incendie et d’autres complications. 18. NE JAMAIS travailler sous des charges non supportées. Utiliser des cales ou un étayage mécanique. 19. NE JAMAIS transporter de passagers sur un chariot à fourche, sur une chargeuse frontale, etc. Ils ne sont pas conçus pour cela. 20. NE JAMAIS contrarier l’action du poussoir de sécurité d’un distributeur de commande. 21. NE JAMAIS traverser le trajet d’un convoyeur à chaîne, d’une bande transporteuse, etc. 22. NE JAMAIS utiliser de l’air comprimé pour sortir la tige de l’extrémité ouverte d’un vérin. 23. TOUJOURS confier à des techniciens formés l’entretien, la réparation et la précharge des accumulateurs hydrauliques. Plus important : en cas de doute, RENSEIGNEZ-VOUS! SAF-016 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ RÉSUMÉ CHAPITRE 1 37 de 84 Verrouillage/étiquetage pour les circuits hydrauliques CHAPITRE 1 38 de 84 VERROUILLAGE/ÉTIQUETAGE DES SYSTÈMES HYDRAULIQUES Le but du présent chapitre est de vous permettre de vous familiariser avec les normes de l’OSHA en matière de verrouillage et d'étiquetage. Vous y découvrirez également comment le FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ a établi une norme sur les procédures de verrouillage/étiquetage de l’équipement et des machines hydrauliques de votre établissement ou de vos matériels. BUT ET FONCTION DES NORMES DE VERROUILLAGE/ÉTIQUETAGE Les règlements et les procédures de verrouillage/étiquetage sont destinés à éviter des accidents causés par une mise sous tension ou un démarrage intempestif des machines ou des équipements, où par la libération d’énergie accumulée durant les opérations d’entretien et de maintenance. Les normes couvrent les principales sources d’énergie : électriques, mécaniques, hydrauliques, pneumatiques, chimiques, thermiques ou autres. Elles concernent également les activités suivantes : construction, installation, réglages, ajustements, inspections, modifications, maintenance et entretien courant des machines et des équipements. Elles s’appliquent à la lubrification, au nettoyage et au débourrage des machines et des équipements, ainsi qu’aux réglages et aux changements d’outil, au cours desquels les employés sont dans des positions dangereuses en cas de remise sous tension ou de démarrage intempestif de l’équipement, ou encore de la libération d’une énergie dangereuse. RÉGLEMENTATION OSHA La réglementation américaine OSHA impose : • aux entreprises d’établir des procédures de verrouillage/étiquetage, • aux entreprises de former leurs employés à ces procédures, • à tous une responsabilité individuelle de connaître et de respecter les procédures de l’organisation. Souvenez-vous que les normes de verrouillage/étiquetage sont une obligation légale. Elles visent essentiellement à prévenir les accidents du travail, les blessures et les morts. L’institut FPTI™ s’est engagé à suivre les réglementations OSHA sur le verrouillage/étiquetage, mais ce n’est possible qu’avec votre participation active. QUI DOIT FAIRE LE VERROUILLAGE? La sécurité par verrouillage consiste essentiellement à choisir le bon moment pour le faire. Le verrouillage est une obligation dans toutes les opérations de maintenance, de réparation ou d’entretien courant de l’équipement. Pour la maintenance et la réparation, la nécessité d’un verrouillage est évidente. Pour l’entretien courant, cela peut vous sembler moins important. L’« entretien courant » est défini par l’OSHA comme les périodes pendant lesquelles un travailleur interrompt le fonctionnement normal d’une pièce d’équipement ou d’une machine pour la débloquer ou pour effectuer des réglages. L’expérience démontre malheureusement que c’est au cours des opérations d’entretien que se produisent de nombreux accidents graves et que les travailleurs sont le plus susceptibles de négliger les précautions de sécurité, notamment le verrouillage. CHAPITRE 1 39 de 84 NOTIONS IMPORTANTES Entretien courant, selon la définition ci-avant. Examinons les définitions d’autres termes avec lesquels vous devez devenir familier. Employés autorisés. Selon l’OSHA, la coordination du verrouillage doit être assurée par des employés spécifiquement désignés. Leur rôle est de suivre les procédures de verrouillage/ étiquetage pour effectuer le verrouillage, de notifier les employés concernés et les autres que l’équipement va être arrêté et de les aviser lorsqu’il est effectivement à l’arrêt et verrouillé. NOTA. Un employé autorisé et un employé concerné peuvent être la même personne si les tâches prévoient que c’est l’opérateur qui effectue la maintenance et l’entretien courant d’une machine ou d’un équipement à verrouiller et à étiqueter. Employés concernés. Ce sont les opérateurs et les utilisateurs de l’équipement ou de la machine qui doit être verrouillé. Ce terme comprend également les personnes qui travaillent à proximité des machines. Autres employés. Ensemble des travailleurs de la zone dans laquelle le verrouillage se déroule. Isolement complet des sources d’énergie. C’est le fait de neutraliser toutes les sources d’énergie alimentant ou incorporées dans une pièce d’équipement ou une machine. Après cette opération, l’équipement ou la machine est dans un état neutre et mécaniquement inactif. Sources d’énergie potentiellement dangereuses. Comprend toutes les sources d’énergie électrique, mécanique, chimique, thermique, hydraulique ou pneumatique, alimentant la machine ou accumulées dans ses circuits. DISPOSITIFS DE VERROUILLAGE Les dispositifs de verrouillage et d’étiquetage doivent répondre aux exigences suivantes : • être robustes, • être normalisés, • être efficaces, • porter le nom de l’employé qui les a appliqués, • ne pas être utilisés à d’autres fins que le verrouillage. INSPECTIONS DE VERROUILLAGE/ÉTIQUETAGE L’employeur peut effectuer des inspections périodiques des procédures de neutralisation des sources d’énergie de l’équipement pour s’assurer que les exigences de verrouillage sont bien respectées. Une telle inspection peut prendre la forme d’une discussion entre l’inspecteur et chaque employé pour clarifier les responsabilités de chacun dans le cadre des procédures de condamnation en question. CHAPITRE 1 40 de 84 pour rester en vie! LE VERROUILLAGE EST VOTRE RESPONSABILITÉ Les procédures de verrouillage sont là pour VOTRE SÉCURITÉ! Respectez-les et souvenez-vous qu’aucune autre procédure de sécurité n’a de valeur tant que la machine n’est pas verrouillée et étiquetée. PROCÉDURES DE VERROUILLAGE/ÉTIQUETAGE Les procédures OSHA se déroulent en six étapes. Ces étapes doivent être exécutées en séquence. Procédure d’arrêt en 6 étapes 1. Avant l’arrêt. L’employé autorisé doit être familier avec le type et l’importance de la source d’énergie, les dangers posés par cette énergie et les méthodes permettant de l’interrompre. Son premier rôle est d’avertir tous les employés concernés par le verrouillage. 2. Arrêt. L’employé autorisé coupe l’alimentation de la machine ou de l’équipement selon la méthode d’arrêt normale (appuyer sur un bouton-poussoir, amener un interrupteur à la position « ARRÊT », etc.). 3. Isolement. Tous les interrupteurs, circuits et autres commandes de la ou des sources d’énergie doivent être mis à la position « ARRÊT » ou les sources doivent être rendues inopérantes par d’autres moyens. 4. Verrouillage. Des cadenas sont placés sur les interrupteurs ou autres commandes des sources d’énergie mis en position de sécurité « ARRÊT ». Pour un verrouillage de groupe, chaque membre du groupe doit poser ses propres cadenas de verrouillage. Chaque dispositif de verrouillage doit être accompagné d’une étiquette d’avertissement. 5. Dissipation de l’énergie accumulée. Toute énergie résiduelle ou accumulée, potentiellement dangereuse (ressorts tendus, pièces en position haute, volants en rotation, systèmes hydrauliques, systèmes électriques, pression d’air, de gaz, de vapeur ou d’eau, etc.) doit être relâchée, isolée ou autrement supprimée par repositionnement, calage, détente, purge, etc. (S’il y a une possibilité de réaccumulation d’énergie à un niveau dangereux, la vérification de l’isolement doit se poursuivre jusqu’à la fin des opérations d’entretien ou de maintenance, ou jusqu’à la disparition de la possibilité d’accumulation). 6. Essai de non-fonctionnement. Après s’être assuré qu’il n’y a pas de personnel exposé et que toutes les sources d’énergie ont été isolées ou neutralisées, l’employé autorisé actionne le bouton-poussoir ou les commandes normales de démarrage afin de vérifier que l’équipement ne peut pas se remettre en marche. ATTENTION Ramenez les commandes de démarrage en position « NEUTRE » ou « ARRÊT » après l’essai de non-fonctionnement. L’équipement est maintenant verrouillé. CHAPITRE 1 41 de 84 pour rester en vie! PROCÉDURE DE REDÉMARRAGE EN 3 ÉTAPES 1. Inspection. Avant de retirer les dispositifs de verrouillage et de rétablir l’alimentation en énergie de la machine ou de l’équipement, il faut inspecter la zone de travail pour s’assurer qu’il ne reste pas d’outils ou d’autres objets dans cette zone. Vérifiez que les parties démontées de la machine ou de l’équipement sont complètement remontées et que les protections ont été réinstallées. 2. Vérification. Après l’inspection de la machine, vérifiez la position des employés et avertissez-les du redémarrage. Surveillez soigneusement la zone de travail pour vous assurer qu’aucun employé n’est dans une position dangereuse. Avertissez les employés concernés que les dispositifs de verrouillage et d’étiquetage ne sont plus en place. 3. Déverrouillage. Les cadenas et autres dispositifs servant à verrouiller les commandes et les sources d’énergie doivent être enlevés par les employés qui les ont posés. Si l’employé qui a placé le cadenas n’est pas disponible, une procédure spéciale est nécessaire. Adressez- vous à votre contremaître, mais N’ENLEVEZ PAS vous-même le cadenas d’un autre. L’équipement est maintenant prêt à redémarrer. VERROUILLAGE DE GROUPE Lorsque des opérations d’entretien ou de maintenance sont effectuées par une équipe, la procédure à suivre est différente. 1. Responsabilité. Un employé est désigné comme responsable principal du verrouillage. 2. Verrouillages multiples. Au début de son travail, chaque employé autorisé doit poser un dispositif de verrouillage/étiquetage sur la commande de verrouillage de groupe, la boîte de verrouillage de groupe ou un mécanisme comparable. L’employé doit retirer son ou ses dispositifs de verrouillage personnels dès qu’il cesse de travailler sur la machine ou l’équipement. CHAPITRE 1 42 de 84 Étapes critiques de la procédure de verrouillage d’un système hydraulique A. Verrouillage du circuit du moteur électrique B. Verrouillage du circuit du distributeur de commande C. Purge et vérification des pressions résiduelles et des accumulateurs D. Pose de cadenas et autres verrous mécaniques Je porte mes lunettes de sécurité. J’ai personnellement verrouillé et étiqueté le circuit du moteur électrique ou débrancher la batterie. J’ai personnellement verrouillé et étiqueté le circuit du distributeur de commande. J’ai personnellement purgé les pressions hydrauliques et vérifié qu’il n’y avait plus de pressions. J’ai personnellement posé les cadenas ou les cales aux endroits appropriés. Sachez résister à la pression! Moteur électrique Pompe Vanne de commande AccumulateurSoupape antiretour Cylindre à cellule photoélectrique Soupape de retenue LISTE DE SÉCURITÉ AVANT LE TRAVAIL pour rester en vie! CHAPITRE 1 43 de 84 VERROUILLAGE/ÉTIQUETAGE DE SÉCURITÉ POUR CIRCUITS HYDRAULIQUES Dissipation des pressions résiduelles. Le point 5 de la procédure d’arrêt en 6 étapes spécifie que « toute énergie résiduelle ou accumulée, potentiellement dangereuse (ressorts tendus, pièces en position haute, volants en rotation, systèmes hydrauliques, systèmes électriques, pression d’air, de gaz, de vapeur ou d’eau, etc.) doit être relâchée, isolée ou autrement supprimée par repositionnement, calage, détente, purge, etc. (S’il y a une possibilité de réaccumulation d’énergie à un niveau dangereux, la vérification de l’isolement doit se poursuivre jusqu’à la fin des opérations d’entretien ou de maintenance, ou jusqu’à la disparition de la possibilité d’accumulation). » Malheureusement, bien que la plupart des employés de maintenance soient très familiers avec les procédures de verrouillage / étiquetage, ils n’ont généralement pas les connaissances nécessaires pour isoler ou dissiper sans risques l’énergie présente dans un système hydraulique. En fait, la quasi-totalité des systèmes hydrauliques existants ne comporte aucun moyen permettant de relâcher sans risques l’énergie accumulée. La pratique courante est de dévisser légèrement un raccord ou une tuyauterie hydraulique pour laisser fuir la pression, ce qui peut être extrêmement dangereux et devrait être systématiquement évité. L’illustration (figure 1) montre un moteur électrique accouplé à une pompe hydraulique. Si l’objectif est de verrouiller le circuit électrique pour travailler uniquement sur le système électrique, vous pouvez le faire sans danger dès que la procédure de verrouillage/étiquetage est terminée. Par contre, si vous devez travailler aussi sur le système hydraulique, prenez garde! Le système hydraulique peut accumuler presqu’autant d’énergie que le moteur électrique est capable d’en délivrer. En verrouillant la partie électrique du système, vous n’avez sécurisé que le côté électrique du système (figure 1). CHAPITRE 1 44 de 84 COMMENT DÉPRESSURISER SANS RISQUES UN SYSTÈME HYDRAULIQUE Contrairement à un circuit électrique dans lequel il suffit d’ouvrir un interrupteur ou d’appuyer sur un bouton pour supprimer l’alimentation électrique et rendre la machine sécuritaire, un circuit hydraulique a la capacité inhérente d’accumuler de l’énergie. Sans une formation appropriée en sécurité hydraulique, il est impossible de rendre un système hydraulique sécuritaire. Comme le montre le schéma isométrique de la figure 2, il y a plusieurs endroits où de l’énergie hydraulique reste accumulée. De plus, la quantité d’énergie peut varier. Par exemple, dans le cas d’un vérin en charge, la pression du côté fermé, à l’opposé de la charge, peut être très élevée. Un accumulateur, par définition, accumule une quantité d’énergie hydraulique qui peut être très importante. Pour purger toutes les parties d’un système hydraulique, vous devez avant tout savoir lire un schéma hydraulique et être familier avec la fonction de tous les composants, particulièrement les soupapes antiretour pilotées, les soupapes d’équilibrage, les accumulateurs et les actionneurs (vérins et moteurs). Le problème qui se pose ensuite est de dissiper toutes ces pressions sans danger. Il n’a malheureusement pas de réponse simple et générale. Il faudrait idéalement que la conception du système hydraulique prévoie ce genre d’opération et c’est très rarement le cas. RECOMMANDATIONS SUR LA MANIÈRE DE DÉPRESSURISER UN SYSTÈME HYDRAULIQUE Voici comment vous pouvez vous y prendre pour dépressuriser et vérifier l’absence de pression dans les différentes parties d’un système hydraulique. Figure 2 – Points du système où de l’énergie hydraulique peut rester accumulée CHAPITRE 1 45 de 84 Robinet à tournant sphérique (robinet d’arrêt) 1) À chaque point du circuit dans lequel de l’énergie peut être accumulée, installez un manomètre, et un robinet d’arrêt (robinet haute pression à tournant sphérique). Ce circuit de dépressurisation doit être installé en parallèle avec les tuyauteries haute pression et le réservoir (voir figure 3). Pour purger l’énergie emprisonnée dans la tuyauterie haute pression, commencez par faire évacuer la zone dangereuse autour de la machine (la charge pourrait tomber lorsque la pression est purgée). Ouvrez lentement le robinet d’arrêt. Quand le manomètre est à zéro, le système ne contient plus de pression. Cette méthode comporte cependant certains inconvénients. a) La sortie du robinet d’arrêt doit aboutir à une zone de basse pression (réservoir hydraulique). Dans certains cas, cela peut nécessiter la pose de tuyauteries de plusieurs centaines de pieds ou de mètres. b) Les manomètres résistent mal à certains types d’applications (coups de bélier). Système Safe-T-Bleed® Le système Safe-T-Bleed® est un dispositif du commerce spécialement conçu pour permettre de dissiper la pression et de vérifier un circuit hydraulique. Il comprend essentiellement des raccords de couleur (rouge = haute pression et bleu = basse pression), une commande portative comprenant des robinets et un manomètre, et deux jeux de flexibles de purge. Les connecteurs rouges (HP) sont destinés à être installés dans la partie du circuit où l’énergie reste emprisonnée. Les connecteurs bleus (BP) s’installent dans les tuyauteries de retour basse pression. Un avantage important de ces connecteurs est qu’ils peuvent être ouverts à des pressions allant jusqu’à 5 800 lb/po2. Figure 3 - Dispositif de dépressurisation d’énergie hydraulique CHAPITRE 1 46 de 84 Pour voir s’il y a de l’énergie accumulée dans la tuyauterie haute pression, il suffit de brancher la commande portative directement à un connecteur rouge. Au moment où le flexible est vissé sur le connecteur rouge, il ouvre automatiquement le clapet. S’il y a de la pression, elle sera indiquée sur le manomètre. Pour évacuer la pression de la tuyauterie, il suffit de brancher un flexible entre le raccord de sortie de la commande portative et le raccord bleu du système. Quand la pression a été purgée, le manomètre indique zéro et il n’y a plus de risques. Souvenez-vous cependant qu’il faudra parfois répéter plusieurs fois l’opération de dépressurisation pour que l’ensemble du système hydraulique soit purgé. QUELQUES IDÉES REÇUES À PROPOS DE LA MANIÈRE DE DISSIPER LA PRESSION HYDRAULIQUE, QUI PEUVENT MENER À DES ACCIDENTS. 1. Toute la pression d’un système hydraulique se dissipe d’elle-même quand le moteur électrique est coupé et la pompe, arrêtée. Absolument pas! Il peut rester de la pression en de nombreux points du système hydraulique. 2. Si la pression d’un accumulateur est purgée vers le réservoir, tout le reste du circuit sera purgé. Absolument pas! Purger l’accumulateur ne dépressurise que la partie adjacente du circuit. Il peut rester de l’huile sous pression dans d’autres parties du système. 3. En manipulant la manette d’un distributeur de commande directionnelle par des mouvements alternés, il est possible de purger toute la pression du système (si la pompe est arrêtée). Extrêmement hasardeux! S’il s’agit d’un distributeur à pression pilote, quand la pompe ne tourne pas, il n’y a probablement plus de pression pilote. Le fait de déplacer la manette (qui agit sur la soupape de pression pilote) ne signifie pas que le tiroir se déplace. Il peut y avoir une soupape à pression pilote entre le distributeur de commande et l’actionneur. Dans ce cas également, si la pompe ne tourne pas, la soupape ne s’ouvrira pas. Enfin, s’il y a une charge externe sur l’actionneur, même s’il se déplace un peu lorsqu’on manœuvre le distributeur de commande (avec la pompe arrêtée), il n’y a aucun moyen de savoir que le circuit n’est plus sous pression. Le fait que la charge s’immobilise signifie simplement que la pression de l’actionneur est devenue égale au minimum nécessaire pour surmonter la force ou le couple. 4. L’électrovanne comporte généralement un poussoir de commande manuelle sur chacune de ses bobines (solénoïdes). Le poussoir permet de commander à la main l’action correspondante, lorsque c’est nécessaire. Si vous n’êtes pas totalement familier avec les électrovannes, vous ne savez peut-être pas qu’il existe deux types : à un étage et à deux étages. Dans une électrovanne à un étage, le poussoir agit directement sur le tiroir, mais dans une électrovanne à deux étages, il ne fait qu’ouvrir la soupape du premier étage. Une électrovanne à deux étages est dite « à pression pilote ». Le premier étage fournit une pression pilote qui agit sur le second étage pour positionner le tiroir principal. CHAPITRE 1 47 de 84 pour rester en vie! Avec la pompe arrêtée, il n’y a plus de liaison (pression pilote) entre le poussoir et le tiroir principal. Vous avez donc l’impression qu’il n’y a plus de pression dans le circuit. CHAPITRE 1 48 de 84 Risques pour la sécurité CHAPITRE 1 49 de 84 RISQUES POUR LA SÉCURITÉ DANGER POTENTIEL Orientation de la manette d’un robinet d’arrêt haute pression. INTRODUCTION Les robinets à tournant sphérique sont couramment utilisés comme robinets d'arrêt dans les circuits haute pression. Ces robinets permettent d’isoler une partie du circuit hydraulique pour la sécurité, un peu comme un disjoncteur dans un circuit électrique. En général, le robinet comprend un corps en acier dans lequel un obturateur sphérique, également en acier, peut tourner. L’obturateur est percé d’un trou central de passage. La tige de l’obturateur dépasse sur le côté du corps et porte une manette (montée sur son extrémité carrée). Quand le robinet est ouvert, le passage de son obturateur sphérique est aligné avec les passages d’entrée et de sortie. La manette doit alors être parallèle à l’axe des orifices d’entrée et de sortie. Lorsqu’on fait tourner la manette de 90º pour l’amener à une position perpendiculaire à l’axe de la tuyauterie, le passage de l’obturateur est orienté en travers et bloque complètement l’écoulement. Dans les robinets haute pression, les tolérances de l’obturateur (ou tournant) sphérique et du corps du robinet sont extrêmement faibles et les fuites sont normalement négligeables. DANGER L’inconvénient majeur de ce type de robinet est que sa manette peut être facilement démontée et remontée à 90º à de sa position normale. Dans ce cas, l’obturateur est OUVERT quand la manette est perpendiculaire, et FERMÉ quand elle est alignée avec la tuyauterie (figure 1). La fonction la plus courante des robinets à tournant sphérique est de permettre d’isoler une partie d’un circuit haute pression, notamment pour des opérations d’entretien ou de réparation. Dans ce cas, le robinet d’arrêt fonctionne exactement comme un disjoncteur électrique. Cependant, en l’absence d’une norme stricte pour l’orientation de la manette, les opérateurs ne savent pas si le Figure 1 – Orientation de la manette d’un robinet d’arrêt CHAPITRE 1 50 de 84 circuit est isolé ou non, ce qui crée une situation extrêmement dangereuse. De ce fait, on ne doit jamais utiliser un robinet à tournant sphérique comme le seul élément d’isolement d’un circuit haute pression. Il faut prévoir un circuit redondant pour prendre en considération la possibilité d’une erreur sur la position du robinet. Un circuit secondaire de sécurité doit être ajouté en parallèle avec le robinet d’arrêt (figure 2). Dans la plupart des cas, il est recommandé d’effectuer une procédure complète de verrouillage/étiquetage avant de travailler sur ou autour d’un système hydraulique. C’est la seule manière d’assurer votre sécurité et celle de vos collègues. ACCIDENT ASSOCIÉ À CE PROBLÈME Un monteur se préparait à travailler sur un grand carrousel rotatif entraîné par un moteur hydraulique. Pour accéder à la zone de travail, il devait traverser la trajectoire du carrousel. Suivant les précautions de sécurité prescrites, le travailleur a effectué une procédure complète de verrouillage électrique, puis isolé le système hydraulique en manœuvrant le robinet d’arrêt haute pression. Pendant ce temps, un pont roulant a soulevé une pièce d’acier lourde du carrousel qui s’est immédiatement mis à tourner. Le monteur n’a échappé à un accident grave qu’en faisant un bond hors de la trajectoire du carrousel. L’enquête a déterminé que le robinet d’arrêt qui était censé vider les accumulateurs était fermé, alors qu’il aurait dû être ouvert. Le monteur s’était basé sur l’orientation de la manette. Il ne disposait d’aucun autre moyen pour vérifier que le système était neutralisé et il n’y avait pas de verrouillage mécanique du carrousel. Figure 2 – Circuit de sécurité secondaire CHAPITRE 1 51 de 84 DANGER POTENTIEL Incompatibilité dimensionnelle des modules hydrauliques INTRODUCTION Les distributeurs hydrauliques à commande électrique sont généralement conçus pour être montés sur une embase spécifique. L’embase est une plaque ou un bloc d’aluminium ou de fonte (selon la pression de fonctionnement du système) percée de trous auxquels aboutissent les tuyauteries hydrauliques. À l’intérieur de l’embase, des passages vont du raccord de la tuyauterie à l’orifice correspondant du distributeur de commande. Des joints toriques assurent l’étanchéité des passages entre le distributeur et l’embase. Le distributeur est fixé à l’embase par des boulons. Dans certaines applications, il faut contrôler la pression, le débit et la capacité de maintien de la charger d’un actionneur. Ce genre de régulation se fait entre le distributeur de commande et l’actionneur. Il y a deux manières élémentaires d'accomplir cette régulation. La première est d’intercaler la soupape de régulation en série dans la tuyauterie qui relie le distributeur de commande à l’actionneur. Il existe un grand nombre de soupapes de ce type pour montage « en ligne ». Le second mode de régulation utilise des soupapes de commande de pression, de débit ou de maintien de la charge intercalées entre le distributeur de commande et son embase : c’est le montage « en sandwich ». Les composants permettant de réaliser ce montage en sandwich sont généralement des modules de régulation hydraulique. Il existe une normalisation internationale pour les distributeurs de commande et les modules de circuit, mais on constate certaines aberrations. La plus déconcertante est le fait que les hauteurs (ou épaisseurs) du distributeur de commande et du module de régulation ne sont pas nécessairement les mêmes. C’est un risque de sécurité créé par le développement de nouveaux produits et par un manque de concertation entre les fabricants. La différence de hauteur est généralement si faible qu’il est impossible de la repérer à l’œil. Elle est cependant suffisante pour que les boulons d’assemblage viennent en butée dans le fond de leurs trous. Dans ces conditions, bien que les modules semblent correctement serrés, il peut y avoir un jeu indétectable entre les composants individuels (figure 3). Quand la pompe démarre et met le système sous pression, une certaine quantité d’huile peut fuir par les interstices des modules de régulation. L’huile haute pression s’échappant d’un système hydraulique crée des jets à grande vitesse capables de causer des blessures sérieuses ou même mortelles. Le jet peut pénétrer la peau ou atteindre les yeux et causer la perte d’un œil. Par ailleurs, l’huile chaude peut causer de graves brûlures. Il y a également un risque d’incendie si le brouillard d’huile entre en contact avec une source de chaleur ou une flamme. CHAPITRE 1 52 de 84 RECOMMANDATIONS SUR LA MANIÈRE DE PRÉVENIR CES RISQUES 1. Envoyez votre personnel de maintenance hydraulique suivre des cours dans un établissement réputé. Ils y apprendront les techniques de vérification de montage des modules de circuit. 2. Mesurer chaque distributeur de commande et chaque module de circuit avant l’installation. 3. Une fois l’ensemble monté et les boulons serrés, secouer le distributeur de commande dans les deux sens pour vérifier qu’il n’y a pas de jeu. 4. Informez votre personnel de sécurité de ce problème et discutez-en dans les réunions de sécurité. Figure 3 – Hauteur du module de circuit CHAPITRE 1 53 de 84 DANGER POTENTIEL Plaques signalétiques du fabricant sur les distributeurs à deux étages à commande électrique INTRODUCTION Un distributeur de commande à deux étages est constitué d’une soupape pilote (premier étage), placée sur le dessus du distributeur principal, qui constitue le second étage. Pour les distributeurs de commande directionnelle de grande dimension, la force nécessaire pour positionner le tiroir peut être considérable. Il faudrait donc utiliser des bobines (solénoïdes) très puissantes pour commander directement le tiroir. Il est donc fréquent, en hydraulique de puissance, d’utiliser une petite électrovanne, DO1, comme « relais » pour commander le tiroir principal. La pression pilote est généralement fournie par une électrovanne DO1 standard à deux solénoïdes, à centre flottant. La notion de « centre flottant » signifie que les orifices « A », « B », et « T » sont interconnectés et que l’orifice « P » est bloqué lorsque le tiroir de l’électrovanne pilote est en position centrale (neutre). Les distributeurs pilotés sont généralement de modèles DO8 et D10. Les configurations de tiroir du distributeur principal peuvent être : centre ouvert, centre fermé, centre tandem et centre flottant. Il existe aussi des configurations spéciales en position neutre. Les dispositifs de commande hydraulique portent normalement une plaque signalétique apposée par leur fabricant. La plaque porte diverses informations, dont le nom du fabricant, le numéro de modèle et de série, ainsi que le symbole ANSI de sa fonction. RISQUE POUR LA SÉCURITÉ Comme un distributeur de commande directionnelle à deux étages est essentiellement l’assemblage de deux vannes, certains fabricants posent une plaque signalétique séparée sur chaque élément. L’information de la plaque ne concerne que la vanne à laquelle elle est fixée. Figure 4 – Position des plaques signalétiques CHAPITRE 1 54 de 84 S’il est facile de voir la plaque signalétique de l’électrovanne pilote, il est souvent beaucoup plus difficile de voir celle du distributeur principal qui se trouve plus bas, sur le côté, particulièrement quand deux ou trois modules sont montés l’un au-dessus de l’autre (figure 4). À l’inverse, certains fabricants choisissent de placer une même plaque signalétique sur l’ensemble constitué par la vanne pilote et le distributeur principal. Dans ce cas, il n’y a qu’une seule plaque, fixée à la vanne pilote, où elle est facile à voir. Dans le cas d’une seule plaque signalétique pour une vanne à deux étages, seul le symbole ANSI du distributeur principal est représenté. Une personne non familière avec l’interprétation de ces plaques pourrait prendre la plaque de l’électrovanne pilote, qui est toujours à centre flottant, pour celle du distributeur principal. Ceci représente un risque important pour la sécurité. ACCIDENT ASSOCIÉ À CE PROBLÈME Un technicien de maintenance était en train de remplacer un distributeur de commande directionnelle à deux étages sur l’entraînement du ventilateur d’un gros refroidisseur atmosphérique. Il a comparé le nouveau distributeur, d’après le symbole figurant sur plaque signalétique du haut, avec celui du schéma du système. Tous deux étaient à centre flottant. Il n’a pas remarqué la plaque signalétique fixée sur le côté du distributeur principal. Après avoir fait l’installation de la vanne, il a démarré le groupe hydraulique et procédé à un essai sous pression de la nouvelle vanne. Après s’être assuré qu’elle fonctionnait correctement, le technicien a ramené le distributeur en position centrale. Il a alors entendu un bruit violent suivi de projections d’huile par le haut de la tour de refroidissement. Le technicien a arrêté le groupe hydraulique et est monté en haut pour voir ce qui s’était produit. Le moteur hydraulique du ventilateur était fendu en deux au centre. Il a rapidement compris que le distributeur installé n’était pas du bon modèle. Ce qu’il pensait être un distributeur à « centre flottant » était en fait un distributeur à « centre fermé ». Après tout, la plaque signalétique indiquait qu’il s’agissait d’un tiroir à centre flottant. La défaillance du moteur hydraulique a été causée par la fermeture du tiroir du distributeur bloquant brusquement l’écoulement de l’huile alors que le moteur tournait sur sa lancée. Dans ces conditions, la pression du circuit est montée à un niveau considérable, provoquant l’éclatement du boîtier du moteur. RECOMMANDATIONS SUR LA MANIÈRE DE PRÉVENIR CES RISQUES 1. Envoyez votre personnel de maintenance hydraulique suivre des cours dans un établissement réputé. Ils y apprendront comment vérifier qu’il s’agit de la bonne vanne, même si le numéro de pièce est incorrect. 2. N’achetez jamais des composants hydrauliques à partir d’un numéro de pièce pris sur des composants anciens, usagés ou même neufs. Utilisez toujours le numéro indiqué dans la nomenclature ou sur le schéma du système. 3. Informez votre personnel de sécurité de ce problème et discutez-en dans les réunions de sécurité. CHAPITRE 1 55 de 84 DANGER POTENTIEL Corps de soupapes à cartouche à orifices identifiés par des numéros (figure 5) INTRODUCTION Les fabricants de soupapes à cartouche identifient généralement les orifices de leurs produits par des numéros, général 1, 2 et 3. Le corps de la soupape est en fonte et une lettre en relief à côté de chaque orifice identifie la fonction de ce dernier. Ces lettres sont destinées à faciliter le raccordement, ne sont pas normalisées. Par exemple, P = pression, DR = retour (drain) et TK = réservoir (tank). La plupart des gens n’ont aucun mal à identifier les lettres, mais les numéros sont une autre affaire. L’orifice numéro (1) est normalement l’entrée de pression. Le numéro (2) est en principe l’orifice de sortie ou de retour. Le numéro (3) peut être un orifice facultatif servant à des fonctions de commande. Par contre, dans d’autres cas, l’orifice (3) sert uniquement de drain extérieur. DANGER Le même corps de soupape (même numéro de pièce) peut être utilisé, par exemple, pour une soupape de séquence ou une soupape antiretour pilotée, ou encore un détendeur. Cependant, dans ce cas l’orifice (2) est l’entrée, et l’orifice (1) est la sortie. C’est l’inverse sur une soupape de surpression. Figure 5 - Identification des orifices numérotés sur le corps CHAPITRE 1 56 de 84 Une personne qui n’est pas familière avec l’identification des orifices pour les différents corps de soupape pourrait facilement, en se basant sur les numéros, brancher les tuyauteries aux mauvais orifices. Il pourrait en résulter une défaillance catastrophique et des blessures graves ou mortelles. ACCIDENT ASSOCIÉ À CE PROBLÈME Un mécanicien de chantier est en train d’installer un nouveau système dans une usine. Le système comprend une tuyauterie de freinage dont la pression nominale est limitée à 200 lb/po2. La pression de réglage de la soupape de sûreté du système est 2 000 lb/po2. Un détendeur est monté dans le système pour protéger le frein de la pleine pression. La pression de réglage de la soupape de sûreté est 200 lb/po2, indiquée sur les schémas. Après avoir terminé l’installation, le mécanicien se prépare à mettre la machine en service. Pour régler la pression du détendeur, il a installé un manomètre sur un connecteur de la tête de frein. Il demande à un collègue de faire démarrer la machine pendant qu’il règle le détendeur. Quelques secondes après la mise en marche de la pompe, la tête de frein explose littéralement en projetant des éclats dans toutes les directions. L’enquête montre que le mécanicien avait monté le détendeur de la même manière que la soupape de surpression, en se basant sur le fait que l’orifice n° 1 était l’entrée. Pour s’en assurer, le mécanicien, avant d’installer les soupapes du système, s’était renseigné auprès du vendeur qui lui a dit que l’orifice 1 était l’entrée. RECOMMANDATIONS SUR LA MANIÈRE DE PRÉVENIR CES RISQUES 1) Envoyez votre personnel de maintenance hydraulique suivre des cours dans un établissement réputé. On leur enseignera comment identifier les orifices d’après les chiffres et les lettres marqués. 2) Toujours ouvrir la soupape de sûreté générale à fond avant de démarrer un système hydraulique. 3) Le dessinateur qui établit les schémas hydrauliques du système devrait indiquer clairement l’identification des orifices des composants. 4) Le personnel d’installation et de maintenance devrait disposer de la documentation du fabricant. 5) Informez votre personnel de sécurité de ce problème et discutez-en dans les réunions de sécurité. CHAPITRE 1 57 de 84 DANGER POTENTIEL Électrodistributeurs – poussoirs de commande manuelle INTRODUCTION La NFPA (National Fluid Power Association), l’ISO (Organisation internationale de normalisation) et la CETOP (Organisation européenne climatique et hydraulique) ont adopté des normes pour les électrovannes directionnelles montées sur embase. Le tableau ci-dessous (figure 6) illustre les références des diverses organisations pour chaque vanne. Cependant, pour une personne qui n’est pas familière avec les vannes, il est difficile de coordonner les références aux modèles réels. Par exemple, la référence DO1, DO5, DO8, etc., ne figure pas sur le corps, ni dans le numéro de pièce attribué par le fabricant. NFPA ANCIEN NOUVEAU ISO CETOP DIAM. ORIFICES D01 D02 D04 D06 D10 D03 D05 D07 D08 D10 03 05 07 08 10 3 5 7 8 10 0,260 po 0,438 po 0,688 po 0,906 po 1,312 po Figure 6 – Désignation des interfaces de montage standard De plus, il n’est pas recommandé d’utiliser le diamètre de l’orifice indiqué dans la table pour l’identification, car il n’est pas visible lorsque la vanne est montée sur son embase. Enfin, les vannes DO1 et DO2 sont à commande directe (un étage), alors que les vannes DO8 et D10 sont à deux étages (à pression pilote). Alors, comment identifier une vanne montée sur une machine? Est-ce une vanne à un ou à deux étages? Il y a quelques moyens de le faire! Premièrement, l’illustration (figure 7) montre la configuration des orifices de chaque vanne. Il suffit de la comparer à celle d’une des vannes du tableau. C’est probablement la méthode la plus simple. Son inconvénient est qu’il faut démonter la vanne. Le second moyen est de mesurer les dimensions physiques de la vanne et de les comparer aux spécifications fournies par le fabricant. CHAPITRE 1 58 de 84 Troisièmement, vous pouvez mesurer le diamètre des orifices de l’embase: DO1 - 1/4 po et 3/8 po DO5 - 1/2 po et 3/4 po DO7 DO8 - 1 po à 1-1/4 po D10 - 1-1/2 po à 2 po Figure 7 – Configuration des orifices d’un distributeur de commande directionnelle EMBASE D03 EMBASE D08 EMBASE D10 EMBASE D05 CHAPITRE 1 59 de 84 Un ou deux étages? Une électrovanne à un seul étage est constituée d’un monocorps moulé portant un ou deux électroaimants (solénoïde) de part et d’autre du bloc (figure 8). Une électrovanne à deux étages comporte une électrovanne DO1 montée sur le dessus du corps de vanne principal (figure 9). Commandes manuelles Un électroaimant est un actionneur électrique constitué d’une culasse, d’un plongeur et d’une bobine de fil, le solénoïde. Lorsque le solénoïde est excité, le plongeur est attiré et déplace le tiroir dans le corps de la vanne. Les mouvements du tiroir modifient l’alignement de ses gorges avec des passages pratiqués dans le corps de la vanne. C’est ce qui modifie l’écoulement de l’huile. Tous les fabricants de distributeurs de commande directionnelle, presque sans exception, montent des poussoirs sur les bobines de commande. Le poussoir est une petite tige d’acier placée au centre de la bobine. Lorsqu’on appuie dessus, le poussoir produit la même action que l’électroaimant. Le rôle des poussoirs est de permettre de commander manuellement la vanne lorsqu’il n’y a pas de courant. Ils peuvent aussi servir au dépannage. Si un actionneur ne répond pas aux commandes de son électrovanne, le problème peut être électrique ou mécanique. Si l’actionneur ne réagit pas quand on appuie le poussoir manuel, c’est l’indication d’un problème électrique. Inversement, si le poussoir semble bloqué, le problème est sans doute mécanique. Pour votre sécurité, il est important d’avoir certaines connaissances à propos des électrovannes directionnelles! Un simple étage, deux étages, poussoirs de commande manuelle, etc. : si vous n’êtes pas familier avec le fonctionnement des électrovannes directionnelles, ces caractéristiques fonctionnelles peuvent représenter un risque majeur pour la sécurité. Figure 8 – Électrovanne à un étage Figure 9 - Électrovanne à deux étages CHAPITRE 1 60 de 84 Un étage ou deux étages Une « analyse de la sécurité des tâches » (AST), portant sur la sécurité des opérations d’entretien et de réparation de systèmes hydrauliques, prescrivait une procédure de verrouillage/étiquetage en six points que le travailleur doit effectuer après le verrouillage/étiquetage du moteur électrique et la purge de l’énergie stockée dans le circuit hydraulique (à noter que cette AST ne précise pas le niveau de compétence requis pour la procédure). « Localiser les poussoirs de commande manuelle sur l’électrovanne directionnelle. Faire évacuer le personnel qui se trouve autour de l’actionneur. Appuyer sur les poussoirs jusqu’à ce que l’actionneur ne réagisse plus. Lorsque l’actionneur cesse de se déplacer, vous pouvez procéder au travail. » Cette procédure comporte de nombreux risques pour la sécurité Tout d’abord, la personne qui effectue le travail peut ne pas être familière avec le fonctionnement de la vanne utilisée pour purger la pression, c’est-à-dire ne pas connaître la différence entre une vanne à commande directe et une vanne à pression pilote. Autrement dit, en supposant que la source d’énergie hydraulique soit coupée par la procédure de verrouillage/étiquetage, une électrovanne à deux étages à pression pilote ne fonctionnera pas, même si vous appuyez sur les poussoirs manuels. S’il n’y a pas de pression pilote sur le tiroir principal (deuxième étage), la vanne ne fonctionnera pas! Si l’actionneur ne réagit pas, la personne qui effectue la dépressurisation du circuit présumera qu’il n’y a plus de pression et commencera à effectuer sa tâche. Cela peut entraîner des accidents graves. Second point, les poussoirs manuels représentent un autre risque. Si la vanne fonctionne depuis un certain temps, ou si elle se trouve dans un environnement humide ou corrosif, les poussoirs peuvent être bloqués par la rouille ou l’oxydation. Si cela se produit, lorsque le poussoir est enfoncé, les ressorts peuvent ne pas avoir la force de ramener le tiroir en position centrale quand le poussoir est relâché, ce qui risque de déclencher un cycle de l’actionneur. Si la personne qui effectue l’opération n’a pas fait dégager tout le personnel de la zone, le mouvement inattendu de l’actionneur peut causer un accident grave. Enfin, la force ou le couple dépend de la pression et de la section (cylindres) ou de la cylindrée (moteurs). En d’autres termes, la pression doit atteindre une certaine valeur pour que l’actionneur commence à bouger. Par exemple, supposons que la soupape de sûreté générale est réglée à 2 000 lb/po2 et que la plus basse pression nécessaire pour faire bouger l’actionneur soit de 1500 lb/po2. Le fait que l’actionneur ne bouge pas ne signifie pas qu’il reste une pression considérable dans le système, assez, en tout cas pour causer un accident extrêmement grave. Le fait que l’actionneur cesse de bouger pendant la purge du système ne donne aucune assurance qu’il ne reste pas de la pression. Il ne suffit pas de SUPPOSER qu’il ne reste plus de pression dans un système hydraulique, la seule véritable assurance est de VÉRIFIER! CHAPITRE 1 61 de 84 RECOMMANDATIONS 1. Chaque technicien en hydraulique devrait passer par un institut de formation de bonne réputation. Il y apprendra à identifier les vannes et leurs caractéristiques particulières. 2. Installez des points de vérification et spécifiez des mesures systématiques en divers endroits du système : tous les orifices des actionneurs, les orifices de sortie des pompes (pression) et toutes les parties du circuit où la pression pourrait être « emprisonnée ». Si nécessaire, demandez au constructeur de la machine de vous aider à identifier ces zones dangereuses. ATTENTION Il n’est pas possible d’identifier à coup sûr les zones dangereuses sur le schéma d’un système. Le schéma n’indique pas, par exemple, si un vérin est monté verticalement ou horizontalement. Un vérin vertical peut être mis sous pression par la gravité agissant sur le poids de la charge. Ce n’est pas le cas pour un vérin horizontal. 3. Installez des raccords de vérification et de purge de la pression en boucle fermée et apprenez au personnel comment les utiliser. 4. Faites établir des analyses de la sécurité des tâches par des personnes qualifiées et faites les valider par des personnes également qualifiées. pour rester en vie! CHAPITRE 1 62 de 84 DANGER POTENTIEL Poussoir de commande manuelle d’une soupape antiretour pilotée INTRODUCTION Un clapet antiretour pilotée (ouverture par pression pilote) comprend un clapet antiretour intégré avec un cylindre à simple effet rappelé par un ressort et monté parallèlement. Le cylindre à simple effet est constitué d’un alésage cylindrique, d’un piston mobile et d’une tige solidaire du piston. COMMANDE MÉCANIQUE (FACULTATIVE) Une vis de commande mécanique (facultative) est prévue pour agir sur le piston pilote en cas de perte de la pression pilote (figure 10). La commande mécanique est constituée d’une vis insérée dans un alésage fileté du corps de la soupape. La vis est immobilisée par un contre-écrou. Si le technicien veut ouvrir la soupape antiretour alors qu’il n’y a pas de pression, il suffit de desserrer le contre-écrou et de visser la vis qui force le clapet à s’ouvrir. Une fois que la pression pilote est rétablie, la vis peut être ramenée à sa position d’origine et bloquée par le contre-écrou. FONCTIONNEMENT La pression pilote entre dans le cylindre par l’orifice correspondant du corps de la soupape et la pression pilote agit sur le piston. Quand la force à laquelle le piston est soumis dépasse celle du ressort de rappel, la tige du piston est poussée contre le clapet fermé et le force à s’ouvrir. L’huile arrive dans le corps par l’orifice d’entrée (passage libre). Sa pression s’exerce sur le clapet et surmonte la force du ressort de rappel, de sorte que la soupape s’ouvre et l’huile s’écoule vers le passage de sortie (écoulement restreint). Figure 10 – Commande manuelle de secours CHAPITRE 1 63 de 84 L’huile qui traverse la soupape ne peut revenir en sens inverse tant que la pression pilote entrant par l’orifice de pression pilote, pousse le piston et force l’ouverture du clapet antiretour. APPLICATIONS Les soupapes antiretour pilotées sont principalement utilisées dans les applications d’immobilisation d’une charge. Par exemple, pour retenir la charge d’un actionneur en cas de rupture d’une tuyauterie de pression. Dans ce genre d’application, par exemple pour les cylindres des stabilisateurs d’une grue, même une petite fuite d’huile serait inacceptable. RISQUE POUR LA SÉCURITÉ Une soupape antiretour pilotée ressemble tout à fait à une soupape de surpression. La seule différence mineure est la tuyauterie de pression pilote sur le côté de la soupape. Malheureusement, l’expérience montre que le personnel non qualifié cherche toujours à « jouer » avec les vis de réglage pour tenter de dépanner un système hydraulique. Une de leurs pratiques favorites est de visser la vis à fond pour « voir si ça fait une différence ». La vis d’ouverture d’une soupape à pression pilote ressemble tout à fait à celle d’une soupape de surpression : une longueur filetée avec un contre-écrou de blocage. Si notre expérimentateur inconscient décide de visser à fond la commande manuelle de la soupape, il va ouvrir à fond le clapet. Malheureusement, il n’y a aucune indication que la soupape antiretour est maintenant ouverte, ce qui annule la sécurité de retenue de la charge, avec les conséquences qu’on imagine! pour rester en vie! CHAPITRE 1 64 de 84 DANGER POTENTIEL Flexibles et raccords d’une source hydraulique portative (figure 11) INTRODUCTION Une source hydraulique portative (pompe à main) est normalement capable de fournir des pressions jusqu’à 10 000 lb/po2. Les flexibles et les raccords utilisés avec une telle source doivent être certifiés pour la même pression nominale. DANGER On voit fréquemment des pompes utilisées avec des raccords standard code 61 qui sont généralement certifiés pour 3 000 lb/po2. Dans certains cas, ils sont remplacés par des raccords en laiton ou en acier noir qui sont prévus pour des pressions de 300 lb/po2 à 1 200 lb/po2. RECOMMANDATIONS SUR LA MANIÈRE DE PRÉVENIR CES RISQUES 1. Informez le personnel du risque que posent ces raccords. 2. Formez le personnel à différencier les raccords basse pression et haute pression. 3. Informez votre personnel de sécurité de ce problème et discutez-en dans les réunions de sécurité. Figure 11 – Flexibles et raccords pour une source portative CHAPITRE 1 65 de 84 DANGER POTENTIEL Source portative utilisée sans manomètre (figure 12) INTRODUCTION Une source hydraulique portative est prévue pour délivrer des pressions jusqu’à 10 000 lb/po2. Les sources portatives sont généralement utilisées pour le levage de charges lourdes, l’extraction de paliers, le pliage de l’acier, etc. DANGER Avec une source portative, il est absolument essentiel de connaître à tout moment la pression de l’huile. Un manomètre allant jusqu’à 10 000 lb/po2 doit être monté en parallèle avec la sortie de chaque source hydraulique. L’utilisation d’une source portative sans manomètre présente plusieurs risques : a. la charge peut dépasser la capacité de pression de la pompe; b. dans le cas d’un extracteur de roulement ou de palier, si la pièce extraite est retenue par une bavure, la pression peut monter à des niveaux suffisamment élevés pour provoquer une rupture mécanique. RECOMMANDATIONS SUR LA MANIÈRE DE PRÉVENIR CES RISQUES 1. Installez des manomètres sur toutes les sources portatives. 2. Formez le personnel à surveiller la pression pendant la durée de l’opération. 3. Informez votre personnel de sécurité de ce problème et discutez-en dans les réunions de sécurité. Figure 12 – Manomètre de la source portative CHAPITRE 1 66 de 84 Risque potentiel pour la sécurité Mélange de raccords et de flexibles de marques différentes (figure 13) D’après les fabricants de flexibles hydrauliques, 99 % de tous les cas de rupture sont dus à des incompatibilités des raccords et des flexibles de marques différentes utilisées ensemble. Nous ne parlons ici que d’un type particulier de rupture différent de l’éclatement proprement dit. Lorsqu’un raccord et un flexible de caractéristiques différentes sont assemblés, il y a un risque de rupture du raccord. Bien que les raccords se ressemblent tous à première vue, il y a cependant de subtiles différences de conception qui peuvent avoir des conséquences sérieuses. Chaque fabricant a une conception différente et offre une machine à sertir adaptée à ses produits. Et chacun affirme avoir la meilleure solution. Cet aspect sort de notre analyse et nous vous laisserons en juger! La concurrence a ses avantages, mais comporte certainement des inconvénients sérieux. L’absence de normalisation fait bien l’affaire des fabricants, car une fois que vous avez adopté un système, vous êtes obligé de vivre avec. Les problèmes tendent à s’aggraver avec le temps et l’évolution. Voici certains des aspects les plus courants. 1. Le service des achats qui fait un appel d’offres global pour des flexibles et des raccords. Bien entendu, le contrat est accordé au plus bas soumissionnaire. Mais les produits ainsi achetés ne correspondent pas nécessairement au système de sertissage qui équipe vos machines! 2. Les techniciens d’entretien ne sont pas formés à reconnaître les différents types de flexibles, de raccords et de sertisseuses. 3. Dans une même entreprise, différentes divisions ou services peuvent avoir acheté des systèmes de sertissage incompatibles. Que se passe-t-il alors lorsque vient le temps d’emprunter de l’équipement si l’emprunteur et l’installateur n’ont pas la moindre idée qu’il y a des risques à mélanger les flexibles, les raccords et les systèmes de sertissage. Figure 13 - Risque potentiel pour la sécurité CHAPITRE 1 67 de 84 Système Safe-T-Bleed® CHAPITRE 1 68 de 84 SAFE-T-BLEED® Équipement de dépressurisation et de vérification HEMC SPÉCIFICATIONS DE L’APPAREIL Modèle STB-3000 (Ne convient que pour les huiles à base de pétrole.) Pression nominale (maxi.) 3 000 lb/po2 (207 bars). Débit de purge 0,3 gal/min (1,13 L/min) à 1 000 lb/po2 (68,97 bars), pour une huile hydraulique de densité 0,86 à 100 °F (38 °C). Description Système de vérification de purge des pressions hydrauliques livré dans un boîtier de rangement. Matériau Aluminium 6061-T6. Manomètre 0-3 000 lb/po2 (0-207 bars), à tube de Bourdon rempli de glycérine. Jeu de tubes de purge (3) Raccords SAFE-T-BLEED® Microbleed® (2 rouges, 2 bleus) Pression de service maximale 10 000 lb/po2 (690 bars). Branchement sous pression jusqu’à 10 000 lb/po2 (690 bars). Joints Buna N. Plage de températures- (-30 °C à +100 °C) (-22 °F à +212 °F) Poids 4 lb (1,81 kg) Hauteur 4 po (102 mm) Longueur 12 po (305 mm) Largeur 8,25 po (210 mm) Modèle STB-6000 (Ne convient que pour les huiles à base de pétrole.) Pression nominale (maxi.) 6 000 lb/po2 (414 bars). Débit de purge 0,3 gal/min (1,13 L/min) à 1 000 lb/po2 (68,97 bars), pour une huile hydraulique de densité 0,86 à 100 °F (38 °C). Description Système de vérification de purge des pressions hydrauliques livré dans un boîtier de rangement. Matériau Aluminium 6061-T6. Manomètre 0-6 000 lb/po2 (0-414 bars), à tube de Bourdon rempli de glycérine. Jeu de tubes de purge (3) Raccords SAFE-T-BLEED® Microbleed® (2 rouges, 2 bleus) Pression de service maximale 10 000 lb/po2 (690 bars). Branchement sous pression jusqu’à 10 000 lb/po2 (690 bars). Joints Buna N. Plage de températures- (-30 °C à +100 °C) (-22 °F à +212 °F) Poids 4 lb (1,81 kg) Hauteur 4 po (102 mm) Longueur 12 po (305 mm) Largeur 8,25 po (210 mm) CHAPITRE 1 69 de 84 Familiarisation avec le produit Safe-T-Bleed® Hydraulic Energy Control Module (HECM) Figure 1 - Familiarisation avec les produits du système Safe-T-Bleed® HECM NOTA. L’ensemble Safe-T-Bleed® HECM peut servir à contrôler et à purger une pression directement ou à distance. CHAPITRE 1 70 de 84 INTRODUCTION Vous est-il arrivé de travailler sur un système hydraulique en sachant qu’il restait de l’huile sous pression dans les tuyauteries, même après l’arrêt de la pompe? Vous est-il jamais arrivé de chercher un moyen sécuritaire de libérer la pression d’un circuit sans trouver autre chose que de dévisser un raccord? Avez-vous réalisé à quel point ces opérations sont dangereuses? Il semble que tous ceux qui ont travaillé sur des systèmes hydrauliques ont une anecdote à raconter et se sont fait « arroser » d’huile à un moment ou à un autre. Cependant, bien d’autres ont eu moins de chance et ont découvert à leurs dépens qu’un jet d’huile à grande vitesse pouvait causer des blessures sérieuses. Un mécanicien d’entretien dans une mine, frustré de son incapacité à purger la pression d’un flexible, n’a rien trouvé de mieux que de le couper avec une hache d’incendie. Il a été tué instantanément. Un technicien de maintenance a perdu quatre doigts en passant la main derrière un collecteur pour « détecter » l’origine de la fuite. Un opérateur de machine est à l’article de la mort parce qu’il a ouvert une soupape de purge à l’air libre sur un cylindre hydraulique. Apparemment, le jet d’huile a traversé la peau et pénétré dans son système circulatoire. Depuis une dizaine d’années, sa santé se détériore régulièrement et rien ne peut éviter une issue fatale. Le point commun entre toutes ces personnes? Aucune n’avait compris les conséquences d’une libération brutale d’énergie hydraulique dans l’atmosphère. Pour minimiser ce risque d’accident, nous pouvons faire deux choses. La première est d’assurer une bonne formation en sécurité à tout le personnel qui travaille sur ou autour des systèmes hydrauliques. La seconde est de s’assurer que vos circuits hydrauliques sont conçus pour permettre de relâcher la pression en boucle fermée. Le système Safe-T-Bleed® est un nouveau moyen révolutionnaire permettant de vérifier s’il y a de la pression dans un système et, si nécessaire, de relâcher la pression en toute sécurité dans le système (boucle fermée), plutôt que dans l’atmosphère. Il est facile à installer et simple à utiliser. Des raccords spéciaux, permettant le branchement sous pression, sont installés dans des endroits stratégiques du système et sont identifiés par des couleurs : rouge pour la haute pression et bleu pour la basse pression. Pour relâcher une pression pneumatique ou hydraulique présente dans un circuit, on utilise un appareil portatif qui tient dans la main, le module HECM (hydraulic energy control module). Il suffit de brancher le HECM à un raccord rouge pour vérifier s’il y a de la pression dans le système. Ensuite, si nécessaire, on peut brancher un flexible MicroBleed® au HECM pour relâcher de manière contrôlée la pression vers le réservoir. Avant de travailler sur un système hydraulique, il est important de s’assurer qu’il a été rendu sécuritaire. Suivez les étapes importantes ci-après (recommandations seulement). 1. a. Système électrique : verrouillez et étiquetez l’alimentation électrique. Vérifiez qu’il n’y a plus d‘alimentation électrique en essayant de faire démarrer le moteur électrique par son interrupteur marche/arrêt. CHAPITRE 1 71 de 84 b. Moteur à combustion interne : arrêtez le moteur par son commutateur à clé et retirez la clé. Attachez une étiquette au commutateur ou au volant pour indiquer que vous travaillez sur la machine. Débranchez la batterie. 2. Vérification de l’énergie accumulée : à l’aide du système Safe-T-Bleed®, vérifiez s’il y a certaines parties du système qui sont restées sous pression. 3. Libérez l’énergie accumulée : à l’aide du système Safe-T-Bleed®, relâchez la pression du système. 4. Vérifiez qu’il n’y a plus de fluide sous pression : N’ENTREPRENEZ AUCUNE OPÉRATION, tant que la pression indiquée par le manomètre du HECM Safe-T-Bleed® n’est pas à zéro. 5. Verrouillage mécanique : dans certains cas, il peut être nécessaire de verrouiller mécaniquement le ou les actionneurs. S’il y a un risque quelconque que la charge se déplace sous l’effet de la gravité ou d’une force antagoniste, utiliser des mécanismes de verrouillage ou des supports appropriés. Pourquoi un système hydraulique accumule-t-il de l’énergie? Il y a un certain nombre de raisons pour lesquelles un système hydraulique accumule de l’énergie. Gravité Le poids est une force produite par l’action de la gravité terrestre agissant sur une masse donnée. Ainsi, lorsqu’un vérin est monté en position verticale avec de l’huile sous le piston, il se produit une certaine pression dans la chambre située sous le piston sous l’effet du poids de ce dernier. Pression créée par la charge Le poids de la charge soutenue par un actionneur crée une pression. Pour une charge importante, un vérin de relativement petit diamètre produira une pression et un débit relativement élevés. En résumé, les vérins en position verticale sont particulièrement susceptibles de conserver de grandes quantités d’énergie emprisonnée. Pression résiduelle Les parois des flexibles se dilatent sous l’effet de la pression. En fait, le diamètre d’un flexible augmente et diminue comme la pression de l’huile. De plus, l’huile l’hydraulique est légèrement compressible. Ces deux éléments combinés représentent une quantité d’énergie stockée relativement limitée, mais extrêmement puissante. Température de l’huile L’huile hydraulique emprisonnée dans une chambre étanche se dilate sous l’effet de la chaleur. Cela peut également créer une quantité d’énergie relativement petite, mais extrêmement puissante. En règle générale, lorsqu’une quantité d’huile emprisonnée est chauffée, la pression augmente d’environ de 50 lb/po2 à 60 lb/po2 par 1 °F de la température (environ 7 bars par degré C). CHAPITRE 1 72 de 84 Accumulateurs Les accumulateurs à gaz sont très utilisés dans les systèmes hydrauliques modernes. Comme leur nom l’indique, ils servent à accumuler de l’énergie. Les deux types les plus courants sont l’accumulateur à membrane et l’accumulateur à piston. Dans les deux cas, un gaz compressible (généralement de l’azote) accumule de l’énergie hydraulique. La théorie de fonctionnement d’un accumulateur est extrêmement simple. Le liquide hydraulique non compressible est pompé sous pression dans une chambre contenant de l’azote. Pour éviter le mélange de l’huile et de l’azote, les deux fluides sont séparés par un piston flottant ou par une membrane de caoutchouc synthétique. La quantité d’énergie emmagasinée dans un accumulateur est généralement déterminée par la taille physique et par la pression d’azote. Les gros accumulateurs peuvent accumuler de très grandes quantités d’énergie. Cependant, les risques posés par les petits accumulateurs ne doivent pas être sous-estimés. Même si leur capacité n’est pas très grande, ils peuvent produire des jets très puissants. Comme les accumulateurs sont généralement conçus pour emmagasiner de l’énergie, ils présentent un risque important pour les gens qui travaillent sur et autour des systèmes hydrauliques, lorsqu’il s’agit de décharger leur énergie. Un accumulateur représente un double risque : d’une part, il peut faire bouger un actionneur lorsque la source d’énergie est coupée, et d’autre part, il peut relâcher dans l’atmosphère un jet d’huile à très grande vitesse. Un tel jet peut facilement traverser la peau et injecter une dose d’huile mortelle dans le corps d’une personne. De plus, comme la température de l’huile dans un système hydraulique va de 130 °F (54 °C) à 200 °F (93 °C), son contact avec la peau peut causer des brûlures graves ou même mortelles. Dans les systèmes hydrauliques, l’énergie peut rester emprisonnée dans des « poches » multiples Un danger particulier des systèmes hydrauliques est le fait qu’ils peuvent emmagasiner de l’énergie dans des portions de circuit. Le nombre de « poches » d’accumulation dépend de la conception du système. Pour un simple circuit de commande d’un actionneur, il peut y avoir jusqu’à trois « poches » alors que pour un système complexe comprenant un grand nombre de cylindres, il peut y avoir de multiples « poches ». Cela signifie qu’une partie du système peut être vide de toute pression, mais que d’autres parties peuvent rester à la pression de travail. Cette situation crée un danger évident et omniprésent pour le personnel qui doit « ouvrir » un circuit hydraulique pour une raison quelconque. CHAPITRE 1 73 de 84 Tous les systèmes hydrauliques sont susceptibles de conserver des poches d’énergie. Ils devraient donc être équipés de dispositifs de sécurité permettant de : 1. vérifier sans risque s’il reste de la pression dans certaines parties du système; 2. relâcher la pression emprisonnée dans les poches; 3. vérifier sans risque qu’il ne reste plus de pression dans les circuits. De plus, on devrait pouvoir vérifier l’isolement d’une partie du circuit jusqu’à la fin des opérations d’entretien ou de maintenance, ou jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de risque d’accumulation de pression. Voici quelques exemples qui illustrent comment la disposition et la position des composants hydrauliques peuvent influer sur la création de poches d’énergie. pour rester en vie! CHAPITRE 1 74 de 84 Figure 1 - Dans ce système hydraulique de base, le vérin monté verticalement maintient sous pression la tuyauterie qui va de la base du vérin au distributeur de commande directionnelle. Figure 1- Dans un système hydraulique, il peut y avoir de multiples « poches d’énergie ». (Ce cas n’est qu’un exemple. Il peut y avoir d’autres endroits où la pression est retenue dans le circuit). Énergie emprisonnée entre le vérin et le distributeur de commande directionnelle. CHAPITRE 1 75 de 84 Figure 2 - Dans le système ci-dessus, on ajoute une soupape antiretour pilotée ou une soupape d’équilibrage, ce qui crée une double poche d’énergie entre le vérin et la soupape et entre la soupape et le distributeur de commande. Figure 2- Dans un système hydraulique, il peut y avoir de multiples « poches d’énergie » Énergie emprisonnée entre le vérin et la soupape, et entre la soupape et le distributeur de commande directionnelle. CHAPITRE 1 76 de 84 Figure 3 - Toujours dans le même système hydraulique de base, on ajoute un accumulateur et il y a maintenant trois « poches » d’énergie potentielle. Figure 3- Dans un système hydraulique, il peut y avoir de multiples « poches d’énergie » Énergie emprisonnée entre le vérin et la soupape, entre la soupape et le distributeur de commande directionnelle, et entre le distributeur et le clapet antiretour. CHAPITRE 1 77 de 84 Quelques idées fausses à propos des systèmes hydrauliques et de l’accumulation d’énergie a. Quand on arrête la pompe hydraulique, il n’y a plus de pression dans le système. VRAI/FAUX Un système hydraulique a la capacité inhérente de conserver de l’énergie accumulée quand sa pompe est arrêtée. Selon la conception du système, le circuit peut former une ou plusieurs « poches » d’accumulation. Pour la sécurité, présumez toujours qu’un système hydraulique reste sous pression quand on arrête la pompe. b. Quand la pompe hydraulique est arrêtée, l’énergie accumulée se dissipe rapidement dans le système. VRAI/FAUX C’est vrai pour certains composants, certaines conceptions et certaines configurations de circuit. Cependant, il restera des points d’accumulation dans la plupart des cas. Comme il n’est pas possible de déterminer visuellement les endroits où il reste de l’énergie accumulée, il est plus sûr de présumer que le système reste sous pression, même après l’arrêt de la pompe. c. En manœuvrant la manette d’un distributeur dans les deux sens avec la pompe hydraulique arrêtée, on peut évacuer progressivement la pression hydraulique du système. VRAI/FAUX Cela dépend des types de distributeur ou de soupape utilisés dans le système. Ainsi, les soupapes d’équilibrage et les soupapes antiretour pilotées ne fonctionnent plus lorsque la pompe a cessé de tourner. De plus, dans les systèmes de puissance, les distributeurs de commande directionnelle sont actionnés par une pression pilote elle-même commandée par les manettes manuelles. Dans ce cas également, le distributeur ne fonctionne pas s’il n’y a pas de pression pilote (pompe en marche). d. En appuyant sur le poussoir manuel d’un distributeur de commande avec la pompe hydraulique arrêtée, on peut relâcher la pression du système. VRAI/FAUX Les poussoirs sont prévus pour commander à la main les fonctions des bobines d’un électrodistributeur directionnel. Cependant, le problème est le même que pour les distributeurs à commande manuelle si le système est équipé de soupapes d’équilibrage ou de soupapes antiretour pilotées. Les électrodistributeurs de puissance sont souvent commandés par l’intermédiaire d’une pression pilote. Il est donc impossible de déplacer le tiroir avec la commande manuelle, car il n’y a pas de liaison entre les deux, la pression pilote n’étant disponible que si la pompe tourne. e. Un système hydraulique peut être dépressurisé en desserrant légèrement un raccord pour laisser échapper l’huile sous pression dans l’atmosphère. VRAI/FAUX Un jet d’huile haute pression s’échappant dans l’atmosphère peut causer des blessures graves ou mortelles en traversant la peau et en pénétrant dans l’organisme. Le jet d’huile finement atomisée représente un risque d’incendie extrême au contact d’une source d’inflammation. De plus, certains connecteurs ne sont pas conçus pour permettre une « ouverture en douceur ». En résumé, il ne faut JAMAIS laisser échapper de l’huile haute pression dans l’atmosphère. CHAPITRE 1 78 de 84 f. Les accumulateurs installés dans les systèmes hydrauliques sont conçus pour se vider automatiquement quand on coupe la pompe hydraulique. VRAI/FAUX La plupart des systèmes hydrauliques utilisent des accumulateurs précisément pour continuer à fournir de la pression en cas de pannes soudaines de la source d’énergie. Il faut donc vider manuellement la pression qu’ils contiennent. Il est vrai que certains systèmes hydrauliques sont équipés de dispositifs de décharge automatique vidant les accumulateurs. Cependant, il n’y a aucun moyen de vérifier qu’il ne reste pas de la pression. g. On peut débloquer un cylindre hydraulique en dévissant légèrement un raccord et en effectuant des cycles aller et retour. VRAI/FAUX Un jet d’huile haute pression s’échappant dans l’atmosphère peut causer des blessures graves ou mortelles en traversant la peau et en pénétrant dans l’organisme. Le jet d’huile finement atomisée représente un risque d’incendie extrême au contact d’une source d’inflammation. De plus, certains connecteurs ne sont pas conçus pour permettre une « ouverture en douceur ». En résumé, il ne faut JAMAIS laisser échapper de l’huile haute pression dans l’atmosphère. CONCLUSION - Il est bien établi qu’un jet d’huile haute pression s’échappant dans l’atmosphère peut causer des blessures graves ou mortelles et des dégâts importants. Si l’huile vient en contact avec une source d’inflammation, il y a risque de « boule de feu » mortelle. Dans un espace fermé, l’huile atomisée peut causer une violente explosion. Le système SAFE- T-BLEED® est conçu pour permettre une dépressurisation sécuritaire et vérifiable des systèmes hydrauliques. Quelle est la pratique courante pour dissiper la pression d’un système hydraulique? La situation est loin d’être satisfaisante! Dans plus de 99 % des cas, les gens utilisent la technique du « desserrage contrôlé » d’un raccord laissant échapper un jet d’huile haute pression dans l’atmosphère. Il est amplement démontré que cette pratique est extrêmement dangereuse. Vous lirez souvent la phrase « machine laissant échapper des jets d’huile haute pression dans l’atmosphère peut causer des blessures graves ou mortelles et des dommages matériels importants » se retrouve partout sur la plupart des machines et des équipements, et dans les manuels d’entretien et de réparation. CHAPITRE 1 79 de 84 Quelle est la position de l’OSHA à propos de l’énergie accumulée? L’OSHA énonce clairement dans ses manuels de normes de verrouillage, sous le sous-titre « Dissipation de l’énergie accumulée » (extrait) : « Toute énergie résiduelle ou accumulée, potentiellement dangereuse (ressorts tendus ou comprimés, pièces en position haute, volants en rotation, systèmes hydrauliques, systèmes électriques, pression d’air, de gaz, de vapeur ou d’eau, etc.) doit être relâchée, isolée ou autrement neutralisée par repositionnement, calage, détente, purge, etc. S’il y a une possibilité de réaccumulation d’énergie à un niveau dangereux, la vérification de l’isolement du circuit doit se poursuivre jusqu’à la fin des opérations d’entretien ou de maintenance, ou jusqu’à la disparition de la possibilité de réaccumulation. » Dans la réglementation actuelle de la santé et de la sécurité au travail (OSHA aux États-Unis), existe-t-il une disposition contraignant les fabricants de machines ou d’équipements à installer un dispositif de sécurité, tel que le SAFE-T-BLEED®? Malheureusement non! Les dispositions de l’OSHA sont générales et concernent « toutes les formes d’énergie résiduelles ou accumulées, potentiellement dangereuses », y compris l’énergie hydraulique. Cependant, nous n’avons pas eu connaissance de cas dans lesquels l’OSHA a poursuivi un fabricant pour ne pas avoir respecté ses règles de verrouillage et de dissipation d’énergie. Le simple bon sens devrait suffire pour que tous les systèmes de transmission d’énergie soient conformes aux règles de l’OSHA en ce qui concerne le verrouillage et l’étiquetage. Cependant, c’est au fabricant qu’il incombe de rechercher des moyens d’améliorer la sécurité. Il n’est pas prudent d’attendre une intervention du gouvernement pour forcer le changement. La question de la responsabilité doit également être envisagée. Dans le passé, certains fabricants ont été poursuivis pour avoir négligé la sécurité, mais il est illusoire d’attendre l’issue d’un procès pour promouvoir des améliorations rapides. Nous sommes d’avis que les fabricants de machines et d’équipements s’exposent à des poursuites à cause du manque de clarté de leurs avertissements écrits. La plupart mentionnent les effets dangereux de relâcher de l’énergie hydraulique dans l’atmosphère, mais n’offrent aucun moyen de dissiper cette énergie d’une manière sécuritaire. Le système SAFE-T-BLEED® est simple, relativement peu coûteux et d’une efficacité totale. Il permet de détecter les portions du circuit dans lesquels il reste de l’énergie emprisonnée, de dissiper cette énergie et de vérifier que la pression est à zéro partout dans le système, le tout sans aucun compromis sur le plan de la sécurité! Comment fonctionne le SAFE-T-BLEED®? Le système Safe-T-Bleed® est constitué de raccords MicroBleed® identifiés par des couleurs et installés sur la tuyauterie, d’un module portatif de contrôle de l’énergie (HECM), et d’un jeu de flexibles spéciaux MicroBleed®. Les raccords MicroBleed® sont installés en des points stratégiques du système hydraulique, de préférence au moment du montage ou de la fabrication. Le module HECM est rangé dans une mallette de transport robuste jusqu’à ce qu’il soit nécessaire de l’utiliser. CHAPITRE 1 80 de 84 Les raccords MicroBleed® sont identifiés par des couleurs pour éviter toute confusion. Les « poches » d’énergie accumulée sont identifiées par un raccord MicroBleed® ROUGE. Les zones d’évacuation basse pression sont identifiées par un raccord MicroBleed® BLEU. L’illustration ci-après (figure 4) montre les emplacements recommandés pour les raccords MicroBleed® ROUGES et BLEUS. La présence des raccords MicroBleed® n’a aucun effet négatif sur le fonctionnement du système hydraulique. CHAPITRE 1 81 de 84 Figure 4 - Installation correcte des raccords Microbleed® du SAFE-T-BLEED® CHAPITRE 1 82 de 84 Lorsqu’un système hydraulique doit être vidé de toute pression, l’employé autorisé (formé à l’utilisation du Safe-T-Bleed®) effectue la procédure normale de verrouillage et d’étiquetage, selon les directives de l’OSHA, comme prescrit par la politique de verrouillage de la compagnie. Ce processus comprend généralement le verrouillage de la source d’énergie principale. L’étape suivante est de dissiper de manière sécuritaire l’énergie accumulée dans le système hydraulique. L’opérateur autorisé sort le HECM de sa mallette de transport et le branche au raccord MicroBleed® ROUGE de la branche de circuit à vider de sa pression. Même sur un système hydraulique à pleine pression, le branchement du HECM sur le raccord MicroBleed® se fait à la main et sans effort. Quand le raccord est correctement branché, le manomètre du HECM indique immédiatement la pression qui règne dans le circuit. Pour dissiper la pression, l’opérateur autorisé utilise un flexible MicroBleed® (contenu dans la mallette) et le branche d’un côté au raccord MicroBleed® BLEU du HECM, et de l’autre côté au raccord MicroBleed® BLEU le plus proche du système. Dès que les deux flexibles MicroBleed® sont correctement branchés sur les raccords correspondants, le processus de dissipation de la pression peut commencer. Quand le manomètre du HECM indique zéro, le système hydraulique ne présente plus de danger et peut être ouvert. Utilisations du SAFE-T-BLEED® Nous recommandons que des raccords SAFE-T-BLEED® soient inclus dans la conception de tous les systèmes hydrauliques. Nous sommes cependant conscients que l’intégration de la sécurité dans un système est à la discrétion du fabricant de machines ou d’équipements. Certaines conceptions se prêtent mieux à l’élimination des risques de sécurité posés par l’énergie emmagasinée. Quoi qu'il en soit, les fabricants de ce type d’équipement devraient prévoir des moyens pour dissiper en toute sécurité l’énergie des systèmes hydrauliques. Catégories de machines et d’engins auxquels s’appliquent ces recommandations : 1) chariots élévateurs tout-terrain; 2) grues; 3) plateformes et nacelles aériennes; 4) presses; 5) chargeuses frontales; 6) équipements de forage; 7) installations industrielles; 8) machines de formage du métal; 9) extrudeuses; 10) camions à ordures. De nombreuses machines utilisent des soupapes de retenue de la charge. En cas de défaillance de ces composants, il n’y a généralement aucun moyen de libérer l’énergie accumulée et d’abaisser la charge sans risques à sa position de repos. CHAPITRE 1 83 de 84 Dans la plupart des cas où ce problème se pose, le conseil donné au technicien de maintenance est de dévisser la soupape de retenue et de laisser échapper l’huile sous pression dans l’atmosphère. Inutile de dire que cette pratique est extraordinairement dangereuse et comporte de nombreux risques de blessures graves ou mortelles. Nous recommandons avant tout que les personnes confrontées à ce problème consultent le service de sécurité. Le SAFE-T-BLEED® est conçu pour éviter ce genre de problème. Il permet à un opérateur d’abaisser la charge, quelle qu’elle soit, à une vitesse contrôlée, d’une manière sûre et efficace, et sans laisser l’huile s’échapper dans l’atmosphère. Pour les recommandations d’application, visitez le site Web www.safe-t-bleed.com. Avantages du SAFE-T-BLEED® 1) Les zones possibles d’accumulation d’énergie d’un système hydraulique sont identifiées visuellement par un raccord MicroBleed® ROUGE, pour éviter toute confusion. 2) Le module HECM se visse à la main sans outils (jusqu’à des pressions de 5 000 lb/po2 [345 bars]) sur un raccord MicroBleed® ROUGE et s’il y a de la pression dans la tuyauterie, celle-ci sera automatiquement indiquée sur le manomètre du HECM. 3) Si l’opérateur autorisé du Safe-T-Bleed® veut évacuer la pression du circuit, il lui suffit de brancher un flexible MicroBleed® entre le raccord MicroBleed® BLEU du HECM et le raccord BLEU (de retour) le plus proche du circuit. 4) Tous les raccords MicroBleed® de décharge sont codés en BLEU pour éviter toute confusion. Quand le flexible MicroBleed® est vissé à fond, le système commence automatiquement à relâcher l’énergie emmagasinée. Le circuit peut être ouvert en toute sécurité lorsque le manomètre du HECM est à zéro. 5) Le HECM peut être laissé branché pendant les travaux pour éviter la réaccumulation d’énergie. La personne qui effectue l’entretien ou la réparation peut observer sur le manomètre du HECM si la pression a tendance à remonter. 6) Le système Safe-T-Bleed® peut être utilisé pour purger l’air d’un circuit hydraulique ou d’un actionneur sans laisser échapper de liquide dans l’atmosphère. Principal avantage. Le Safe-T-Bleed® assure la totale compatibilité du système hydraulique avec les règles de verrouillage de l’OSHA pour la libération de la pression et la vérification. Plus besoin de faire des suppositions ni de desserrer légèrement les connecteurs avec les risques que cela comporte. CHAPITRE 1 84 de 84 Instructions de sécurité SAFE-T-BLEED® 1. Seul le personnel autorisé spécialement formé devrait utiliser le système Safe-T-Bleed®. 2. Respectez à la lettre les procédures d’utilisation contenues dans le manuel. 3. Ne modifiez pas le système Safe-T-Bleed®, de quelque manière que ce soit et par quelque moyen que ce soit. 4. N’utilisez le système Safe-T-Bleed® que pour l’usage prévu. 5. N’utilisez pas le système Safe-T-Bleed® avec des raccords ou des flexibles d’une autre marque, même s’ils semblent similaires. 6. N’utilisez que des pièces de rechange authentiques, fournies par Safe-T-Bleed®. Toute substitution de pièce annule la garantie et peut causer un fonctionnement défectueux de l’équipement Safe-T-Bleed®, des raccords à soupape MicroBleed® ou des flexibles MicroBleed®. 7. Prenez garde de ne pas inverser les raccords MicroBleed® du système Safe-T-Bleed® HECM. Le raccord MicroBleed® BLEU du HECM doit être relié à un raccord MicroBleed® BLEU du système hydraulique, et le raccord MicroBleed® ROUGE du HECM doit être relié à un raccord MicroBleed® ROUGE du système hydraulique. 8. Bien que le Safe-T-Bleed® soit capable de dissiper la pression du système hydraulique, soyez tout de même prudent en desserrant et en ouvrant les raccords. De l’huile sous haute pression peut être emprisonnée dans une cavité du raccord ou mise sous pression par la gravité. Il peut rester suffisamment de pression dans une tuyauterie pour provoquer un jet d’huile à une certaine distance du raccord. 9. L’huile hydraulique peut être très chaude! Pour desserrer les raccords, portez des gants et un masque protégeant le visage par-dessus vos lunettes de sécurité. Ne laissez jamais échapper du liquide sous pression dans l’atmosphère. Le jet ainsi créé est animé d’une très grande vitesse qui le rend très pénétrant. La vitesse ne peut être déterminée à l’œil et est souvent largement sous-estimée. Un jet de liquide haute pression peut facilement percer la peau et pénétrer dans l’organisme. Il en résulte des blessures graves pouvant aller jusqu’à l’amputation d’un membre ou la mort. Portez toujours des lunettes de sécurité pour travailler sur ou autour d’un système hydraulique. Souvenez-vous que les jets à haute pression et haute vitesse ne sont pas seuls risques. L’huile peut être chaude, parfois à plus de 200 °F (93 °C) et causer de graves brûlures. AVERTISSEMENT! Assurez-vous d’avoir lu et compris TOUTES les instructions de sécurité avant d’installer ou d’utiliser le système Safe-T-Bleed®. Si vous avez des doutes sur un aspect quelconque des instructions, ou si vous avez des questions supplémentaires, n’hésitez pas à contacter notre bureau au 801-256-9909. ATTENTION! Principes de base de l’hydraulique Théorie de l’hydraulique .................................................1 Département Sécurité hydraulique ..............................13 Département Vitesse hydraulique................................19 Département Force/couple hydraulique ......................32 Département Commande de direction de l’écoulement..............................................................45 Département Pression hydraulique .............................54 1 de 66 PH3-01/INT-19a Qu’est-ce que l’hydraulique? « C’est la science et la technique des pressions et des écoulements de liquides. » Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les lois de l’hydraulique sont mises à profit pour utiliser un liquide dans l’exécution d’une tâche. Elle permet de simplifier certains travaux, de multiplier la force humaine et de transmettre de l’énergie. Les liquides sont pratiquement incompressibles et transmettent les pressions auxquelles ils sont soumis. Leurs réactions à ces pressions sont la base de toutes les applications hydrauliques. C’est ce principe qui permet d’utiliser l’hydraulique pour effectuer des travaux. 2 de 66 PH3-02/BSC-02 Histoire sommaire de l’HYDRAULIQUE • Joseph Brahma (1748-1814) dépose un brevet pour le premier vérin hydraulique en 1795. C’était une application du principe découvert par Blaise Pascal (1623-1662) et énoncé en 1650. • En 1849, Robert Stephenson a soulevé les quatre tubes centraux du fameux pont Brittania jusqu’à leur position finale à 100 pieds au-dessus de la rivière, à l’aide de deux vérins hydrauliques. Chaque tube mesurait 472 pieds de long et pesait 3 millions de livres. Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Selon les historiens, l’hydraulique est presque aussi ancienne que l’humanité. Certains indices laissent à penser que les Égyptiens ont utilisé l’hydraulique pour construire les pyramides, ainsi que pour transporter les gens et les matériaux. Dans le monde actuel, les liquides sous pression sont utilisés pour faire tourner les meules et les moulins et pour faire fonctionner les machines dans les usines. L’hydraulique ne résulte pas d’une invention, mais d’une découverte et de nombreuses machines utilisant les propriétés de l’hydraulique sont des inventions humaines. 3 de 66 PH3-03/INT-019 Pourquoi l’hydraulique? • Contrôle précis et facile. • Vitesse variable. • Multiplication des forces. • Force ou couple constant. • Réversibilité. • Absence de vibrations. • Installation compacte. • Fonctionnement silencieux. • Un actionneur peut être calé sans inconvénient. Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Avantages de l’hydraulique (1) Multiplication des forces. (2) Énergie souple qui peut être transmise selon des circuits linéaires tortueux. Une fois qu’une énergie de base est convertie en énergie hydraulique, d’autres avantages apparaissent. (1) Les forces peuvent être facilement modifiées ou inversées. (2) Des dispositifs de protection peuvent être ajoutés pour permettre aux équipements d’être calés sans surcharger la source motrice ni les équipements et les composants. (3) Les vitesses des différents composants d’une machine (comme la flèche et le treuil d’une grue) peuvent être contrôlées indépendamment les unes des autres, et aussi indépendamment de la vitesse de la source motrice. 4 de 66 PH3-04/OVHD-17 Inconvénients majeurs de l’hydraulique LES FUITES! En plus de leurs effets néfastes pour l’environnement, les fuites d’huile contribuent à gaspiller des millions de dollars. Pertes calculées sur une année Fuite Baril (55 gal) Valeur $ US) Une goutte toutes les 10 secondes Une goutte toutes les 5 secondes Une goutte par seconde 0,72 1,44 7,44 138,60 $ 277,20 $ 1 432,20 $ La valeur monétaire des fuites (colonne 3) est basée sur un coût de 3,50 $ le gallon. Pour une machine contenant 20 gallons d’huile hydraulique, les pertes (colonne 2) se traduisent par la nécessité d’un remplissage périodique pour faire l’appoint. Une goutte par seconde = 2 093 % par an Une goutte toutes les 5 secondes = 396 % par an Une goutte toutes les 10 secondes = 198 % par an Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les autres des systèmes hydrauliques - Coût relativement élevé des composants. - Nécessité de traiter et de confiner le liquide hydraulique. - Fuites de liquide hydraulique. - Contamination de l’environnement par les fuites hydrauliques. 5 de 66 PH3-05/INT-41 Puissance et cheval-vapeur Gallons/minute (gal/min) x Livres/pouces carrés (lb/po2) Puissance (HP) = ______________________________________________ 1714 1 HP = une masse de 150 lb soulevée de 220 pi en minute Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En système métrique 1 HP = 736 Watts Puissance = débit x pression Puissance = force x vitesse = force x déplacement/temps (UNE MINUTE) lb pieds pieds lb 6 de 66 PH3-06/INT-24 Comment calculer la puissance transmise par un liquide (puissance hydraulique) Nous aurons de nombreuses occasions de calculer la puissance transmise par un liquide hydraulique. Souvenez-vous que la puissance est égale au débit (en gal/min) par la pression (lb/po2 absolue). En système impérial, on peut utiliser l’une ou l’autre des formules suivantes HP = gal/min x PSIG x 0,0005833 ou HP = gal/min x PSIG / 1714 Comment ces formules sont-elles obtenues? Pour établir l’équivalence entre 1 cheval-vapeur (HP) de puissance hydraulique et 1 cheval-vapeur (HP) de puissance mécanique dont la valeur est 33 000 pi.lb par minute, imaginons un cylindre sans friction dont le piston aurait une section de 1 po2 et un débit de liquide hydraulique de 1 GPM (231 po3/min) à une pression de 1 PSIG (1 lb/po2). Pour calculer la puissance équivalente, il suffit de calculer le déplacement et la force exercés par la tige du piston. Calcul de la puissance développée par le vérin 231 po (course du piston) x 1 lb (force) en une minute = 231 po.lb par minute. Convertissons en pi.lb, puis divisons par 33 000 pour obtenir des HP 231 ÷12 ÷33 000 = 0,0005833 HP Pour obtenir la puissance transmise par le liquide dans un système quelconque, il suffit donc de multiplier GPM x PSIG x 0,0005833 Une formule plus familière est obtenue en prenant l’inverse de 0,0005833 et en l’utilisant comme diviseur. 1 ÷ 0,0005833 = 1714 Ce sont ces facteurs qui apparaissent dans les deux formules ci-dessus. Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Distance = 231 po SECTION PISTON = 1 pouce carré Force = 1 lb TRAVAIL = 231 po.lbDébit d’entrée = 1 gal/min sous 1 lb/po2 7 de 66 PH3-07/INT-08a Théorie de l’hydraulique Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un système hydraulique est constitué de composants appartenant à l’une des trois catégories suivantes : - convertisseurs d’énergie mécanique en énergie hydraulique (puissance mécanique d’entrée); - composants contrôlant la circulation de l’énergie hydraulique; - convertisseurs d’énergie hydraulique en énergie mécanique (puissance mécanique de sortie). 8 de 66 PH3-08/RES-01 Réservoir ou bâche hydraulique Identification des pièces Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le symbole d’un réservoir ouvert à l’air libre est un trait horizontal avec à chaque extrémité un rebord vertical court. Le symbole d’un réservoir sous pression est un rectangle horizontal obtenu en reliant les deux rebords du symbole précédent par un trait horizontal. 9 de 66 PH3-09/OVHD-20 Symboles pour les tuyauteries hydrauliques Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Symboles des tuyauteries hydrauliques - Ligne rouge pleine = tuyauterie principale ou de travail - Ligne verte pleine = tuyauterie d’aspiration - Ligne bleue pleine = tuyauterie de retour des fuites - Ligne rouge en tirets = pression pilote (pour la commande) - Ligne verte pointillée = tuyauterie d’échappement et de collecte des fuites - Trait noir mixte = représente les composants faisant partie d’un même ensemble 10 de 66 PH3-10/OVHD-21 Symboles pour les tuyauteries hydrauliques Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Intersection de tuyauteries avec représentation de tuyauteries raccordées et non raccordées (pas nécessairement perpendiculaires). 11 de 66 PH3-11/OVHD-16a Fonctions des composants hydrauliques Un système hydraulique peut comporter 6 composants principaux Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les 6 composants de base d’un système hydraulique sont : 1) actionneurs (vérins/moteurs) 2) distributeurs de commande directionnelle 3) soupapes de sûreté ou de surpression 4) pompes 5) réservoir ou bâche 6) moteur primaire (source d’énergie mécanique) 12 de 66 PH3-12/INT-36a Les « Départements » d’un système hydraulique Département 1 SÉCURITÉ Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour comprendre plus facilement le fonctionnement d’un système hydraulique, prenons l’analogie d’une entreprise et découpons-le en services fonctionnels. Il peut s’agir de services techniques ou de services commerciaux, comme dans une compagnie. Pour la facilité, nous avons choisi les cinq services suivants : - département Sécurité; - département Vitesse; - département Force/couple mécanique; - département Contrôle de la circulation; - département Pression. 13 de 66 PH3-15/INT-37 Département 1 Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le premier département que nous allons visiter est responsable de la sécurité. Il regroupe les composants assurant la protection du système hydraulique et réduisant les risques de blessures du personnel. Le composant le plus caractéristique de cette fonction est la soupape de surpression, également appelée soupape de sûreté. 14 de 66 PH3-13/INT-49 Éviter l’éclatement du système hydraulique Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les systèmes hydrauliques utilisent des pompes volumétriques. Une pompe volumétrique entraînée par un moteur mécanique crée un débit d’huile dans un circuit hydraulique. Lorsque toutes les cavités du circuit sont remplies de liquide (et que la pompe continue de fournir du liquide), la pression ne peut que monter. Comme un liquide hydraulique est essentiellement incompressible (et que la puissance du moteur primaire est infinie), la pression hydraulique va dépasser la limite de sécurité et provoquera une rupture du circuit à son point le plus faible. 15 de 66 PH3-14/OVHD-16c Quels sont les composants qui protègent le système contre les surcharges? Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Fonction de base La fonction de base d’une soupape de surpression est d’agir comme soupape de sûreté limitant la pression maximale du système, ou comme un composant actif destiné à maintenir la pression à un niveau précis dans une plage précise. Lorsqu’on utilise une soupape de sûreté, elle assure la protection contre les surpressions, ce qui permet : a) d’éviter une rupture d’un composant ou d’une tuyauterie, b) d’éviter que le moteur primaire en vienne à caler (moteur électrique ou diesel/essence), c) de limiter la force de l’actionneur hydraulique, qui pourrait devenir excessive. Lorsque la soupape de surpression est utilisée comme régulateur réglable (parfois même à distance), elle permet de fixer la pression du système ou d’une partie du système. 16 de 66 PH3-16/BSC-03 Soupape de surpression ou de sûreté SYMBOLE Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 17 de 66 PH3-17/INT-54 Équipement de mesure utilisé par le département de contrôle de la pression Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un manomètre est un instrument souvent utilisé pour diagnostiquer les problèmes des circuits hydrauliques. Dans certains cas, il faut ouvrir le circuit hydraulique et le manomètre indique s’il reste de la pression dans le circuit, ce qui peut causer un accident lorsqu’on démonte un raccord. Le symbole d’un manomètre comprend 3 éléments : 1) un cercle représentant le boîtier de l’instrument; 2) une flèche à 45 degrés représentant l’aiguille qui indique la pression; 3) une ligne reliée au cercle qui représente le raccord de montage du manomètre. Voir le chapitre 1 pour une description de l’équipement de diagnostic hydraulique. 18 de 66 PH3-18/BSC-01 Attention : Danger! Lorsqu’on tourne la vis de réglage dans le sens du dévissage Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Soyez toujours conscient de l’avertissement ci-dessus. En dévissant complètement la vis de réglage d’une soupape de surpression, vous risquez un accident grave. Si la vis se sépare du corps de la soupape, le liquide à très haute pression s’échappera directement dans l’atmosphère. Le jet lui-même et les pièces internes de la soupape peuvent s’échapper violemment et causer des blessures graves ou mortelles. 19 de 66 PH3-21/INT-40 Département 2 Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le deuxième département s’occupe de la vitesse des composants hydrauliques. Cette section couvre les composants qui déterminent la vitesse des actionneurs. Les moteurs primaires et les pompes y seront expliqués en détail. 20 de 66 PH3-20/OVHD-16b Quels sont les composants déterminant la vitesse des actionneurs? Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La vitesse maximale de l’écoulement du liquide dans un système hydraulique est déterminée par la puissance de la pompe hydraulique et du moteur primaire. Plus le liquide circule vite, plus l’actionneur se déplace rapidement. Certains tiroirs de commande directionnelle permettent de ralentir un peu le mouvement de l’actionneur, mais pour augmenter la vitesse, il faut faire tourner le moteur et la pompe plus vite. 21 de 66 PH3-22/SYM-07 Pompes à cylindrée fixe SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 22 de 66 PH3-23/SYM-08 Pompe à cylindrée variable SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 23 de 66 PH3-24/SYM-08a Pompe à cylindrée variable SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 24 de 66 PH3-25/SYM-04 Moteurs primaires SYMBOLES Moteur électrique Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 25 de 66 PH3-26/INT-50 Machines volumétriques et non volumétriques Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pompes non volumétriques Avec cette pompe, le volume de liquide refoulé à chaque cycle dépend de la résistance à l’écoulement opposée par le circuit. Une pompe produit une force sur le liquide qui est constante pour une vitesse donnée. La résistance dans la tuyauterie de sortie produit une force de sens opposé. Si ces deux forces sont égales, le liquide est en état d’équilibre et ne s’écoule pas. Si la sortie d’une pompe non volumétrique est complètement fermée, la pression de sortie monte au maximum que la pompe est capable de fournir à sa vitesse maximale. Dans ces conditions, la pompe brasse le liquide et produit de la chaleur. En d’autres termes, la contre-pression peut réduire le débit d’une pompe non volumétrique. Une forte contre-pression peut même bloquer sa sortie et le liquide est alors simplement recyclé à l'intérieur de la pompe. Les pompes non volumétriques dont les orifices d’entrée et de sortie sont en communication hydraulique, ne produisent pas une aspiration suffisante pour s'amorcer d'elles-mêmes. Elles doivent donc démarrer avec une tuyauterie d’entrée pleine de liquide, sans bulles d’air. CHARGE 26 de 66 PH3-26/INT-50 Machines volumétriques et non volumétriques Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pompes volumétriques La caractéristique d’une pompe volumétrique est qu’elle débite un volume de liquide connu à chaque cycle de la pompe, indépendamment de la résistance, et tant que le moteur est capable de fournir la puissance nécessaire. Si la sortie de la pompe est complètement bloquée, ou le moteur va caler ou il y aura une rupture quelque part dans le circuit. Une pompe volumétrique doit toujours être associée d’un régulateur de pression ou d’une soupape de sûreté. Pour une pompe volumétrique, la contre-pression de sortie n’affecte le fonctionnement que dans la mesure où elle augmente les fuites internes. Les pompes volumétriques s’amorcent d’elles-mêmes après un démarrage correct. CHARGE 27 de 66 PH3-27/PMP-11 Pompe volumétrique La pompe fournit un volume égal à chaque tour Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHARGE 2,2 po3 1. Débit nominal de la pompe = 2,2 po3/tour 2. Une rotation de l’arbre (360o déplace 2,2 po3) 28 de 66 PH3-28/PMP-03 Calcul du débit de la pompe 1. À partir du numéro de pièce ou des spécifications du fabricant, déterminer la cylindrée ou déplacement de la pompe. 2. Déterminer la vitesse de l’arbre de la pompe. CYLINDRÉE x VITESSE DE ROTATION DÉBIT = 231 Avec DÉBIT (GPM) = gallons par minute (gal/min) CYLINDRÉE = pouces cubes par tour (po3/tr) VITESSE DE ROTATION (RPM) = tours par minute (tr/min) 1 gallon US = 231 po3 Exemple : CYLINDRÉE = 2,2 po3/tr VITESSE DE ROTATION = 1750 tr/min 2,2 po3/tr x 1750 tr/min DÉBIT (gal/min) = 231 po3 DÉBIT (gal/min) = 16,67 gal/min (théoriquement) Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 29 de 66 PH3-29/INT-012 Le débit de la pompe détermine la vitesse de l’actionneur Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme on l’a vu précédemment, la vitesse du moteur et de la pompe détermine la vitesse maximale de l’actionneur. Dans la première image de ce schéma, tout le débit de la pompe est envoyé à l’actionneur et celui-ci se déplace à sa vitesse maximale. Dans la seconde image, un simple distributeur de commande est intercalé entre la pompe et l’actionneur. Le distributeur est utilisé pour régler le débit vers l’actionneur. Dans cet exemple, il laisse passer 5 gallons de liquide vers l’actionneur. Les 5 autres gallons s’échappent par la soupape de surpression et reviennent au réservoir. La pression causée par la réduction du débit force l’ouverture de la soupape de surpression qui permet à l’excès de liquide de s’écouler vers le réservoir. 4. Si la pompe délivre constamment 10 gallons par minute... 5. ...mais le distributeur de commande réduit le débit... 6. ...l’actionneur ne reçoit que 5 gallons et sa course en une minute est donc deux fois moins grande. 30 de 66 PH3-30/INT-47 Équipement de diagnostic nécessaire pour la vérification du département Vitesse Débitmètre – pour mesurer le débit de la pompe. Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Voir le chapitre 1 pour une description de tous les instruments de diagnostic hydraulique. 31 de 66 PH3-31/INT-51 Calculs de vitesse du vérin et du moteur Pour déterminer la vitesse du vérin connaissant la surface de son piston et le débit GPM : A) Vitesse vérin (pi/min) = GPM x 19,25 Piston (po2) B) Vitesse vérin (po/min) = GPM x 231 Piston (po2) Nota. (231/12 = 19,25) Pour déterminer la vitesse d’un moteur connaissant sa cylindrée et le débit GPM : A) Vitesse moteur = 231 x débit GPM Cylindrée (po3/tr) Pour déterminer le débit nécessaire pour atteindre la vitesse calculée, connaissant la cylindrée : B) Vitesse moteur (RPM) = Vitesse (RPM) x Cylindrée (po3/tr) 231 Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 32 de 66 PH3-37/INT-39 Département 3 Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le département 3 s’occupe de la force ou du couple de sortie de l’actionneur. Dans ce département, vous apprendrez à calculer la force d’un actionneur linéaire et le couple d’un actionneur rotatif. Vous y apprendrez également la relation entre la vitesse et la force, pour un débit donné. 33 de 66 PH3-33/OVHD-16c Quel composant du circuit détermine la force ou le couple produit par un actionneur hydraulique? Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le schéma ci-dessus représente un circuit hydraulique de base. Il sert à faire fonctionner les actionneurs linéaires et rotatifs pour effectuer un travail déterminé. Considérez-le comme un exercice de réflexion. Il pose une question fondamentale de l’hydraulique : comment obtenir plus de force ou de couple des actionneurs illustrés sans changer le reste du système? Une solution est d’accroître le diamètre du piston de l’actionneur linéaire et le diamètre ou la taille des palettes ou des engrenages de l’actionneur rotatif. 34 de 66 PH3-34/PHME-15 EXERCICE DE RÉFLEXION Que se passe-t-il quand la pompe est mise en marche? Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Circuit à réinjection. Les circuits à réinjection de liquide sont utilisés pour produire une avance rapide de l’actionneur en position, afin de réduire la durée du cycle. Dans une configuration de réinjection de liquide, les vérins peuvent avancer plus rapidement qu’en fonctionnement normal, sans avoir à modifier le débit de la pompe. Pour obtenir l’effet de réinjection, il suffit de diriger le liquide sortant de la chambre côté tige vers la chambre côté fermé du vérin, ce qui augmente le débit efficace de la pompe, comme dans la figure ci-dessus. 35 de 66 PH3-35/INT-52 EXERCICE DE RÉFLEXION Transmission à 3 vitesses Tirer un trait de la pompe pour montrer comment on peut réaliser une transmission à 3 vitesses. Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans l’exercice ci-dessus, vous devez appliquer les principes des engrenages et de la multiplication/démultiplication mécanique à la force ou au couple hydraulique et à la vitesse. Dans le premier exemple, un petit pignon fait tourner une roue plus grande (basse vitesse, couple élevé), ce qui correspond à une démultiplication mécanique. Dans le second exemple, les pignons sont de même diamètre, de sorte qu’il n’y a pas de démultiplication mécanique. C’est l’équivalent d’une prise directe. Dans le troisième exemple, une roue de grand diamètre fait tourner une roue plus petite (grande vitesse, faible couple). C’est l’équivalent d’une vitesse surmultipliée. Dans ces circuits hydrauliques partiels, il faut tirer des lignes reflétant le rapport de démultiplication correspondant. On peut donc établir trois conditions hydrauliques : - liquide dirigé vers la plus grande surface du piston = vitesse lente/force élevée - liquide dirigé vers la surface réduite du piston (côté tige) = vitesse intermédiaire/force intermédiaire - liquide dirigé à la fois vers les deux chambres (réinjection) = grande vitesse/faible force 36 de 66 PH3-36/CYL-10 Surfaces du piston d’un vérin Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme on le voit, le liquide sous pression peut agir sur différentes surfaces dans le même vérin, produisant des vitesses et des forces différentes. 37 de 66 PH3-38/INT-14 Transmission hydraulique Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les schémas ci-dessus illustrent l’écoulement schématique du liquide dans un système hydraulique simple comportant un actionneur linéaire ou rotatif. 1. La pompe refoule le liquide hydraulique dans les tuyauteries. 2. Les tuyauteries acheminent le liquide aux actionneurs qui exercent une force pour déplacer une charge. 3. Certains actionneurs produisent un mouvement linéaire : ce sont les cylindres et les vérins. Ils peuvent servir à soulever des charges, à exercer une force, à brider une pièce, etc. 4. Les actionneurs rotatifs ou moteurs produisent un mouvement de rotation. Leur arbre peut entraîner des poulies, des engrenages, des crémaillères, des convoyeurs, etc. 38 de 66 PH3-39/CYL-12 Types courants de vérins Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 39 de 66 PH3-40/SYM-02 Vérin à simple tige, double effet SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 40 de 66 PH3-41/CYL-11 Vérin à simple tige, double effet Identification des pièces Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 41 de 66 PH3-42/CYL-09 Déplacement du piston Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 42 de 66 PH3-43/SYM-13 Moteur hydraulique bidirectionnel à cylindrée fixe SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 43 de 66 PH3-44/SYM-14 Moteur hydraulique bidirectionnel à cylindrée variable SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 44 de 66 PH3-45/INT-53 Calculs de FORCE et de COUPLE Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 45 de 66 PH3-48/INT-48 Département 4 Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le département 4 est celui du contrôle de la circulation. Dans tout système hydraulique, il faut pouvoir faire varier le débit et le circuit d’écoulement. Cette section portera donc sur les composants qui permettent de régler le débit de liquide hydraulique. Il s’agit des distributeurs de commande directionnelle dont vous pouvez identifier la configuration d’après le symbole. 46 de 66 PH3-47/OVHD-16c Quels sont les composants qui permettent de changer le sens de l’écoulement? Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le système hydraulique de la figure ci-dessus, vous pouvez voir les distributeurs de commande directionnelle qui permettent de faire varier le circuit parcouru par le liquide. 47 de 66 PH3-49/INT-13 Distributeurs de commande directionnelle Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les deux schémas ci-dessus montrent comment le distributeur de commande directionnelle peut changer le circuit du liquide dans un système hydraulique. 1. Dans cette position du distributeur... 5. Dans une autre position du distributeur, l’huile sous pression est dirigée vers la chambre côté tige du vérin. 6. La tige du piston se rétracte. 7. L’huile de la chambre fermée est refoulée vers le réservoir. 4. L’huile de la chambre côté tige est refoulée hors du vérin et revient à au réservoir travers le distributeur. 8. La soupape de surpression protège le système en dérivant le liquide vers le réservoir pendant l’inversion de la marche ou lorsque le piston est calé ou en bout de course. 3. La tige du piston sort. 2. ...le débit de la pompe est dirigé directement vers la culasse du cylindre. 48 de 66 PH3-50/SYM-10 Distributeur de commande directionnelle SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 49 de 66 PH3-51SYM-10 Distributeur de commande directionnelle SYMBOLES Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 50 de 66 PH3-52a/SYM-27 Distributeur de commande directionnelle Configurations de centre Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les schémas ci-dessus représentent les quatre types de configurations en position centrée. Lorsque vous examinez le symbole d’un distributeur à 3 positions, examinez la cellule centrale pour déterminer son type. 51 de 66 PH3-52b/DCV-26 Distributeur de commande directionnelle En circuit Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les schémas ci-dessus montrent comment chaque cellule d’un distributeur à centre tandem est incorporé dans un circuit hydraulique. 52 de 66 PH3-53a/SYM-20 Distributeur de commande directionnelle Commande manuelle Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les images ci-dessus sont des exemples de commandes manuelles de distributeurs hydrauliques. 53 de 66 PH3-53b/SYM-20a Distributeur de commande directionnelle Commande mécanique Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les images ci-dessus sont des exemples de commandes manuelles de distributeurs hydrauliques. 54 de 66 PH3-56/INT-38 Département 5 Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le département 5 s’occupe de la pression. Nous allons maintenant étudier les composants qui participent à la production de la pression nécessaire au fonctionnement d’un système hydraulique. Les pressions et les débits sont affectés par les résistances internes des composants, ainsi que par la viscosité du liquide. Ces sujets sont couverts dans la section. 55 de 66 PH3-55/OVHD-16e Quels composants produisent la pression dans un système hydraulique? Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le schéma ci-dessus est un exercice de réflexion pour voir si vous êtes capable d’identifier les composants qui produisent la pression. 56 de 66 PH3-57/PHME-16 EXERCICE DE RÉFLEXION Résistance La résistance totale à l’écoulement dans un système hydraulique est influencée par deux facteurs. 1. D’où provient la pression? _______________________________________________ 2. La ______________________ totale provient de deux facteurs indépendants. Lesquels? Facteur 1 : _______________________________________ Facteur 2 : _______________________________________ Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 57 de 66 PH3-58/OVHD-15 L’huile hydraulique a un poids L’exemple suivant est basé sur de l’huile hydraulique standard ayant une densité de 0,9 à 220 SSU (unité de viscosité). 1 pi3 d’huile = 55 - 58 lb 55 gallons = 7,35 pi3 7,35 x 58 = 426 lb Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Illustration du fait que l’huile hydraulique a un poids non négligeable. 58 de 66 PH3-59/OVHD-14 Résistance du liquide et résistance de la charge Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ces deux images illustrent les différents types de résistance qui s’opposent à la circulation du liquide dans un circuit hydraulique. La première image démontre que le poids du liquide est un facteur de résistance qui représente une certaine pression. Plus il y a de liquide dans un système, plus la résistance sera grande. La seconde image représente la résistance de la charge. La résistance totale combine la résistance du liquide et la résistance de la charge. 59 de 66 PH3-60/OVHD-11 Résistance intrinsèque et résistance de la charge Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 60 de 66 PH3-61/INT-44 Relation entre débit et vitesse Le débit est le volume de liquide par unité de temps La vitesse est la distance parcourue par unité de temps Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il est important de comprendre la différence entre débit et vitesse d’écoulement. Imaginez que le liquide s’écoule dans un tuyau à 50 pieds par seconde. Si le tuyau se rétrécit brusquement en un passage cinq fois moins grand, le liquide va devoir accélérer pour maintenir un débit constant. Au niveau du rétrécissement, la pression du liquide augmente. Cette pression provoque une accélération pour que la même quantité de liquide puisse passer dans le temps par la partie restreinte. À la sortie du passage étroit, le liquide reprend sa vitesse d’origine et le débit est toujours constant. 61 de 66 PH3-62/OVHD-19 Dimensionnement des tuyauteries hydrauliques (Recommandations seulement) Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 62 de 66 PH3-63/SH-08 Exemple de pertes de charge pour de l’huile circulant dans des tuyaux de la Série 40 Le tableau suivant donne la perte de charge par 100 pieds de tuyauterie Série 40. Il s’agit d’huile hydraulique standard de densité 0,9 et de viscosité 220 SSU. Vitesse d’écoulement en pieds par seconde (pi/s) 63 de 66 Copyright © 1998 Rory McLaren Fluid Power Training, Inc. PH3-64a/INT-21a Loi de Pascal Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ « Dans un récipient fermé rempli d’un liquide en équilibre, la pression appliquée sur une surface quelconque de ce récipient est transmise intégralement dans toutes les directions à l’intérieur du liquide. » - BLAISE PASCAL -1623 à 1662 « Dans un récipient fermé rempli d’un liquide en équilibre, la pression appliquée sur une surface quelconque de ce récipient est transmise intégralement dans toutes les directions à l’intérieur du liquide. » 64 de 66 PH3-64b/INT-07 Loi de Pascal Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 65 de 66 PH3-65/INT-17 Application de la loi de Pascal Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ 13. ...il en résulte une pression de 10 lbf sur CHAQUE pouce carré de la surface de la bouteille. 1. La bouteille est complètement remplie d’un liquide incompressible. 4. Le fond, dont la surface est de 20 po2, reçoit une poussée de 10 livres par pouce carré, soit une poussée totale de 200 livres force. 2. Une force de 10 lbf est appliquée sur le bouchon dont la surface est 1 po2... 66 de 66 PH3-66/INT-04 Une façon simple d’exprimer la relation qui existe entre la force, la pression et la surface Copyright © 2006 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dispositifs de réglage de pression Soupape de surpression........................................1 Soupape de surpression à flux croisé..................4 Soupape de séquence..........................................10 Soupape d’équilibrage .........................................18 Détendeur ..............................................................34 Soupape de surpression pilotée .........................42 CHAPITRE 3 1 de 56 PH4-01/OVHD-01 Principaux dispositifs de régulation de pression Fonctionnement Force (lb) = Pression (lb/po2) x Surface (po2) Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La force exercée par le liquide sur le clapet de la soupape est équilibrée par un ressort qui agit en sens inverse. Si la force du liquide dépasse celle du ressort antagoniste, le clapet décolle de son siège. Ainsi, la pression du liquide ne peut pas dépasser la valeur d’ouverture du clapet qui dépend de la force du ressort. Par exemple, si la pression du liquide s’exerce sur un clapet de 1 pouce carré, et si le ressort exerce une force de 20 lb, le clapet reste fermé tant que la pression ne dépasse pas 20 lb/po2. Une telle soupape est utilisée soit comme une soupape de sûreté ou de surpression pour protéger le système contre les pressions excessives, soit comme soupape de régulation laissant échapper une partie du liquide si la pression dépasse une valeur nominale. Dans son rôle de sécurité, la soupape de surpression protège le système contre les pressions excessives pouvant provoquer l’éclatement d’un composant ou d’une tuyauterie. Elle évite de faire caler le moteur primaire et limite la force des actionneurs. Lorsqu’elle est utilisée comme régulateur de pression, la soupape permet de maintenir la pression du système à un niveau précis ou dans une plage désirée. CHAPITRE 3 2 de 56 PH4-02/PCV-02 Soupape de surpression Type à action directe Identification des pièces Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ À l’intérieur de la soupape, la pression du liquide crée des forces différentes sur les différentes surfaces du tiroir. Les forces opposées ont tendance à s’annuler. La pression pilote agissant sur le bas du tiroir crée une force vers le haut. Quand cette force devient supérieure à celle du ressort, le tiroir se déplace vers le haut, ouvre l’orifice de sortie et laisse échapper de l’huile sous pression. En tournant la vis de réglage dans le sens de l’augmentation de la force du ressort, le tiroir résiste à une force plus grande du liquide et la pression d’ouverture est plus élevée. Un drain interne relie la chambre du ressort à la sortie de la soupape. Ce passage évite l’accumulation de liquide dans la chambre du ressort, ce qui pourrait augmenter la force antagoniste et perturber le fonctionnement de la soupape. Une soupape de surpression est normalement non passante. CHAPITRE 3 3 de 56 PH4-03/DAR-001 Soupape de surpression Modèle à cartouche Identification des pièces Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les pièces et le symbole de la soupape de surpression sont illustrés ci-dessus. Le symbole représente les six éléments de la soupape. 1) Les traits horizontaux de part et d’autre du carré représentent les orifices d’entrée et de sortie. 2) Le carré (en trait plein) représente le tiroir mobile. 3) La flèche à l’intérieur du carré représente le sens de l’écoulement et indique que le passage est normalement fermé. 4) La ligne en tirets représente le passage pilote interne. 5) Le zigzag représente le ressort. 6) La flèche traversant le ressort à 45 degrés représente la vis de réglage. Nota* - Le réglage de certaines soupapes se fait en ajoutant ou en enlevant des cales intérieures. CHAPITRE 3 4 de 56 PH4-03-1/CPRV-01 Soupapes de surpression à flux croisé Identification des pièces Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 5 de 56 PH4-04/PCV-0020 Soupape de surpression Application type Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 6 de 56 PH4-05/INT-043 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Quelle pression lira-t-on sur chaque manomètre si chaque soupape de surpression est réglée indépendamment à 300 lb/po2 (20,7 bars)? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme on l’a vu précédemment, les trois soupapes de surpression montées en série ont un effet cumulatif. Les pressions lues de droite à gauche seront 0, 300, 600 et 900 lb/po2. Souvenez-vous que la chute de pression créée par la soupape de gauche (300 lb/po2) est réinjectée en haut du tiroir de la soupape centrale, ce qui établit à la sortie une pression à 600 lb/po2. Cette pression est appliquée de la même manière à la soupape de droite dont la valeur de réglage est augmentée de 600 lb/po2. Le dernier manomètre à gauche indiquera donc 900 lb/po2. CHAPITRE 3 7 de 56 PH4-07/PCV-28 Résistances en série Pourquoi les pressions s’additionnent-elles? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 8 de 56 PH4-08/OVHD-03 EXERCICE MENTAL Résistances en série a. Quelle est la relation entre ces composants? _____________________________________ b. Indiquez les pressions lues sur chaque manomètre. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 9 de 56 PH4-09/PHME-08 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL 1. Quelle est la relation entre ces soupapes? __________________________ 2. Indiquez les pressions lues sur les manomètres « A » et « B ». Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 10 de 56 PH4-10/PCV-0032 Soupape de séquence Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La fonction de base d’une soupape de séquence est de limiter ou de réguler la pression à un niveau fixé. Contrairement à la soupape de surpression, la valeur de réglage est indépendante de la pression en aval. Une caractéristique commune à toutes les soupapes de séquence est que la chambre du ressort est reliée à un troisième orifice, ce qui les rend indépendantes de la pression en aval, à l’orifice de sortie principale. Ce type de soupape est normalement non passante. Quand la pression qui s’exerce sous le tiroir devient suffisante pour comprimer le ressort, le tiroir se soulève et laisse passer du liquide vers l’orifice de sortie qui alimente un circuit secondaire. Cela crée une séquence d’événements basés sur la pression. Lorsque la pression atteint un niveau préétabli, l’action suivante peut commencer. Par exemple, dans une machine à percer, après que le circuit de serrage de l’étau a atteint la pression prescrite, l’huile est dirigée vers le circuit d’avance pour faire descendre l’outil dans la pièce. CHAPITRE 3 11 de 56 PH4-11/PHME-01 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL 1. Quelle est la relation entre ces composants? ____________________ __________________________________________________________ 2. Dans quel ordre l’huile va-t-elle s’écouler dans le circuit? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 12 de 56 PH4-12/PCV-03 Soupape de séquence Application : circuits de serrage et de perçage Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 13 de 56 PH4-13/PCV-31 Instructions pour le réglage des soupapes de régulation de pression quand il y en a plus d’une dans le système 1. Sur le schéma du système, déterminez EXACTEMENT où la soupape se trouve dans le circuit. Par exemple, «...entre l’orifice « A » du distributeur directionnel et l’extrémité fermée du vérin. » 2. Déterminez la FONCTION de la soupape. Par exemple, pour un détendeur, « réduire la pression de la branche du circuit à une valeur inférieure au réglage de la soupape de surpression ». 3. Déterminez le mode d’écoulement pour le réglage de la soupape – DYNAMIQUE ou STATIQUE. Cela peut être déterminé à partir de l’état de la soupape en position neutre (inactive), c’est-à-dire normalement ouverte ou normalement fermée. Normalement ouverte – réglée à la pression de blocage (statique). Normalement fermée – réglée à plein débit (dynamique). Par exemple, une soupape de détente normalement ouverte peut être réglée à la pression de blocage (état statique, débit nul). Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 14 de 56 PH4-15/OVHD-08 Raccords rapides Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il faut savoir que l’installation de raccords rapides impose une résistance supplémentaire à l’écoulement. Il y a donc une perte de charge dans chaque raccord. La valeur de cette perte de charge augmente avec le débit, comme l’indique le graphique ci-dessus. Les symboles des raccords rapides sont indiqués plus haut. Le cercle représente le clapet mobile à l’intérieur du raccord. Les traits perpendiculaires et tangents au cercle représentent le cercle du clapet. Deux traits verticaux parallèles indiquent que le raccord n’est pas branché. Un seul trait vertical indique que les deux moitiés du raccord sont branchées. CHAPITRE 3 15 de 56 PH4-16/PCV-012 Principales différences entre une soupape de surpression et une soupape de séquence Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La principale différence entre une soupape de surpression et une soupape de séquence est le drainage de la chambre du ressort. Dans une soupape de surpression, la chambre est reliée à la tuyauterie de retour au réservoir. Il n’y a pas de restriction dans la tuyauterie de retour et le réglage de la soupape n’est pas affecté. Dans une soupape de séquence, la chambre est purgée extérieurement vers le réservoir, ce qui permet d’avoir une restriction (circuit secondaire) sans affecter le réglage de la soupape. En fait, les deux sont des soupapes de séquence. Dans la soupape de surpression, le liquide sortant est renvoyé au réservoir alors que dans la soupape de séquence, il alimente un circuit secondaire. La ligne en tirets (courts) du symbole de soupape de séquence représente la tuyauterie de drainage externe. CHAPITRE 3 16 de 56 PH4-17/PHME-02 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Pouvez-vous résoudre ce problème? Que se passe-t-il lorsque le distributeur est amené en position « DESCENTE »? Comment contrôler la descente de la platine? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Quand le distributeur de commande est en position centrée, le poids de la platine est supporté par le liquide emprisonné dans la chambre inférieure du vérin. Quand le distributeur est amené en position « descente », la platine descend en chute libre sous l’effet de son poids. Le vérin « tire » l’huile de la pompe, plutôt que l’inverse! Dans ces conditions, la pompe n’a pas un débit suffisant pour suivre l’appel de liquide et entre en « cavitation ». Il faut donc ajouter une soupape dans le circuit pour contrôler le mouvement d’aller de la tige du vérin. CHAPITRE 3 17 de 56 PH4-18/PHME-03 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En appliquant la loi de Pascal aux pistons représentés dans le dessin ci-dessus, on voit qu’il faut deux pressions différentes pour comprimer les ressorts, même s’ils sont tous tarés à 800 lb. Piston A Le ressort peut être comprimé par une pression de 100 lb/po2 : F = P x S. Donc F / S = P. Dans ce cas, 800 / 8 = 100 lb/po2. Piston B Le ressort peut être comprimé par une pression de 800 lb/po2 : F = P x S. Donc F / S = P. Dans ce cas, 800 / 1 = 800 lb/po2. Les pistons superposés A et B permettent de comprimer le ressort avec une pression de 100 lb/po2 ou de 800 lb/po2, selon la surface (S1 ou S2) sur laquelle le liquide agit. CHAPITRE 3 18 de 56 PH4-19/PCV-01 Soupape d’équilibrage Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La soupape d’équilibrage est de conception semblable à une soupape de surpression avec quelques ajouts et modifications. La différence la plus évidente est le petit piston situé sous le tiroir. L’autre différence importante est l’origine des pressions pilotes qui agissent sur l’extrémité du tiroir et sur le petit piston. La pression pilote locale est fournie par un passage interne communiquant avec l’orifice d’entrée. La pression pilote à distance est directement appliquée sous le tiroir. Le symbole ANSI semble décrire les composants d’une manière incorrecte. L’observation montre que le tiroir a une grande surface et que le piston a une petite surface, alors que le symbole ANSI semble refléter l’inverse. Cependant, souvenez-vous en examinant le symbole que la surface d’action de la pression pilote est indiquée par une flèche et qu’il s’agit du tiroir. Le symbole ANSI comporte également un clapet antiretour. Ce clapet permet au liquide de contourner la soupape, lorsque c’est nécessaire. CHAPITRE 3 19 de 56 PH4-20/PCV-07 Soupape d’équilibrage COMMENT FONCTIONNE-T-ELLE? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pression d’ouverture de la soupape d’équilibrage agit sur le tiroir et le pousse contre la force du ressort. Cela peut être accompli de deux manières différentes : en appliquant une forte pression (800 lb/po2) sous le petit piston pour qu’il agisse sur le tiroir, en appliquant une pression plus basse (100 lb/po2) sous le tiroir pour le faire monter. La source de pression nécessaire pour déplacer le piston provient du passage interne et la pression doit atteindre 800 lb/po2. La pression pilote à distance provient d’une source externe. Le piston constitue donc une seconde surface d’action pour la pression. CHAPITRE 3 20 de 56 PH4-21/PCV-05 Soupape d’équilibrage Application à un actionneur linéaire Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour retenir la charge constituée par la platine, il faut ajouter une soupape agissant sur l’échappement de la chambre inférieure du vérin. Sans cette soupape, dès que le distributeur est dans la position de descente, la platine refoule l’huile et descend violemment. Quand le distributeur est en position de montée, le poids de la platine fait descendre légèrement la tige du piston jusqu’à ce que la pression devienne suffisante, ce qui se traduit par des à- coups. Avec une soupape d’équilibrage dans le circuit, (schéma du bas), c’est le tiroir de la soupape d’équilibrage et le clapet antiretour qui retiennent le poids de la platine, plutôt que le distributeur à centre fermé ou tandem. L’utilisation d’une soupape d’équilibrage permet d’utiliser l’un ou l’autre de ces types de distributeurs. La figure PH4-17 montre que la pression nécessaire pour retenir la platine est de 500 lb/po2 (5 000/10 = 500). Cette pression s’exerce entre le tiroir de la soupape d’équilibrage, le clapet antiretour et le piston, dans la chambre inférieure du vérin, ce qui permet de retenir fermement la platine en place. Quand du liquide sous pression est dirigé vers la chambre supérieure du vérin, le liquide ne peut toujours pas s’échapper de la chambre inférieure, car le tiroir de la soupape est fermé et le clapet antiretour également. Cette résistance permet l’établissement d’une pression suffisante au-dessus du piston. CHAPITRE 3 21 de 56 PH4-21/PCV-05 Soupape d’équilibrage Application à un actionneur linéaire Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le passage pilote à distance est relié au circuit hydraulique de la chambre fermée du vérin dont la pression agit directement sur le tiroir. Comme on l’a vu précédemment, la pression pilote nécessaire pour ouvrir la soupape d’équilibrage est d’environ 100 lb/po2. Une fois que cette pression est atteinte, le tiroir s’ouvre et laisse échapper du liquide vers la chambre côté tige du piston pendant l’abaissement de la platine. Si la platine descend trop rapidement, la pression baisse dans la ligne de pression pilote. Au niveau de la soupape, le ressort ramène le tiroir en position fermée et le liquide ne peut plus s’échapper, ce qui arrête la descente de la charge. Pour éviter les « coups de bélier », la pression montante à l’entrée de la soupape d’équilibrage est transmise par le passage interne et agit sur le petit piston. Pour forcer l’ouverture du tiroir, le petit piston a besoin d’une pression d’au moins 800 lb/po2. Si l’on considère qu’une pression de 500 lb/po2 est nécessaire pour immobiliser la platine, il restera une marge de 300 lb/po2 pour atteindre le point d’ouverture de la soupape. Ainsi, le petit piston force l’ouverture du tiroir jusqu’à ce que la pression baisse au point de fermeture de la soupape. Cet effet d’amortissement permet d’éviter les à-coups dans le système hydraulique. Pendant le retour de la platine, le liquide s’écoule librement par le clapet antiretour vers la chambre ouverte du vérin. CHAPITRE 3 22 de 56 PH4-22/PCV-05 Soupape d’équilibrage Application à un actionneur rotatif Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Si l’actionneur rotatif (moteur hydraulique) est commandé par un distributeur à centre ouvert, il est incapable de retenir une charge. L’actionneur ne peut pas non plus s’immobiliser immédiatement quand le distributeur est ramené en position centrée. L’utilisation d’une soupape d’équilibrage dans le circuit d’un moteur hydraulique a pratiquement le même effet qu’avec un actionneur linéaire. Dans le cas des applications à un moteur hydraulique, cette soupape est souvent appelée soupape de freinage. Quand le liquide est dirigé vers l’un des orifices du moteur hydraulique, l’autre orifice doit communiquer avec le réservoir. La soupape d’équilibrage est montée dans cette tuyauterie pour bloquer le retour du liquide au réservoir. La pression de sortie de l’actionneur augmente dans la tuyauterie de retour entre le moteur, le tiroir de la soupape et le clapet antiretour. Dans cette situation, une pression croissante s’établit à l’entrée du moteur. CHARGE CHARGE CHAPITRE 3 23 de 56 PH4-22/PCV-08 Soupape d’équilibrage Application à un actionneur rotatif Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pression est transmise par la ligne pilote à distance à la soupape d’équilibrage et agit sur l’extrémité du tiroir pour permettre l’échappement du liquide de retour. Le moteur hydraulique peut maintenant tourner. S’il a tendance à s’emballer, la pression baisse à son orifice d’entrée et le tiroir de la soupape redescend, poussé par son ressort. Le circuit de sortie est donc fermé. Pour éviter une fermeture trop rapide de la soupape d’équilibrage, la brusque augmentation de la pression d’entrée (sous l’effet du blocage du moteur) est transmise au petit piston qui agit sur l’extrémité du tiroir. Cet effet amortit la fermeture du tiroir pour que le moteur s’arrête en douceur de façon à éviter les coups de bélier et à régulariser la charge du moteur. CHARGE CHARGE CHAPITRE 3 24 de 56 PH4-23/CBV-01 Utilisations des soupapes d’équilibrage Contrôle de la descente de la charge Freine le débit de sortie d’un actionneur hydraulique pour éviter la cavitation. Limite la vitesse de descente de la charge. Contrôle du maintien de la charge Immobilise l’actionneur en charge en cas de rupture d’une tuyauterie d’alimentation. Immobilise la charge en cas d’actionnement accidentel ou intempestif du distributeur de commande. Assure une protection thermique en cas d’obstruction des tuyauteries d’alimentation. Assure une protection de surpression à plein débit dans les applications où l’actionneur risque d’être dépassé par une force mécanique supérieure. Établit un verrouillage hydraulique de l’actionneur en charge quand le tiroir du distributeur est centré. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHARGE CHARGE CHAPITRE 3 25 de 56 PH4-24/PCV-34 Principales différences entre une soupape de surpression, une soupape de séquence et une soupape d’équilibrage Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans chacune de ces soupapes, les éléments principaux sont relativement semblables. Toutes sont normalement fermées et leur pression d’ouverture est réglable. La principale différence est la présence du piston d’amortissement dans la soupape d’équilibrage et l’orifice de pression pilote qui agit directement sur le tiroir. CHARGE CHAPITRE 3 26 de 56 PH4-25/PCV-33 Soupape de décharge ou soupape de surpression commandée à distance Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une soupape de décharge, également appelée soupape de surpression commandée à distance sert à réguler la pression en un point distant ou à relâcher la pression dans une branche du circuit en fonction de la pression du système principal. Son rôle est essentiellement celui d’une soupape de surpression, sauf que l’ouverture du tiroir est commandée à distance par une pression pilote. CHAPITRE 3 27 de 56 PH4-26/PCV-14 Soupape de décharge Application : décharge du circuit de sortie d’une pompe NOTE CONCERNANT LA SÉCURITÉ Dans un circuit comportant un accumulateur, il devrait y avoir une soupape de décharge pour relâcher automatiquement la pression de l’accumulateur au moment de l’arrêt de la machine. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Considérons le schéma du haut. Pour établir une réserve de pression dans l’accumulateur, la pompe doit fonctionner en continu et le distributeur de commande doit être du type à « centre flottant ». Cette disposition entraîne une forte consommation d’énergie et le passage forcé du liquide par la soupape de surpression produit de la chaleur. De plus, à l’arrêt du système, l’accumulateur de pression va se vider lentement en refoulant le liquide en sens inverse à travers la pompe, vers le réservoir. Dans le schéma du bas, une soupape de décharge a été substituée à la soupape de surpression. Lorsque la pression dans le circuit du distributeur à centre flottant est suffisamment élevée, la ligne pilote provoque l’ouverture de la soupape de décharge et l’excès de pression revient au réservoir. En même temps, la pression de l’accumulateur provoque la fermeture du clapet antiretour qui retient le liquide sous pression. Cette disposition permet de réduire la consommation d’énergie et l’échauffement de l’huile. CHAPITRE 3 28 de 56 PH4-27/ACC-09 Accumulateur hydropneumatique Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme son nom l’indique, l’accumulateur emmagasine de l’énergie sous forme de liquide sous pression. Il sert également à amortir les coups de bélier, les pulsations de la pompe et les fluctuations de débit. Un accumulateur est essentiellement une enceinte contenant une poche souple qui est gonflée à une pression prédéterminée (précharge) avec un gaz sec non inflammable, généralement l’azote. L’enceinte comporte un orifice de pression qui est branché en dérivation sur le circuit hydraulique. Lorsque la pression du liquide hydraulique dépasse la valeur de précharge, le liquide entre dans l’accumulateur et comprime le gaz. La quantité de liquide sous pression contenue dans l’accumulateur peut maintenant être utilisée de différentes manières pour : 1) maintenir l’alimentation pendant un court instant; 2) maintenir la pression d’un système ou d’un circuit particulier; 3) amortir les coups de bélier en acceptant de petites quantités de liquide et en les restituant quand l’onde de pression est passée; 4) filtrer les pulsations de la pompe. CHAPITRE 3 29 de 56 PH4-28/PHME-04 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Spécifications du fendeur de bûches « Easywork » Remplissez les paramètres manquants. FORCE : ____________ lb. MOTEUR : ____________ HP POMPE : 12 gal/min RÉGLAGE SOUPAPE DE SURPRESSION : 2500 lb/po2 DIAMÈTRE DU PISTON : 4 po (_____ po2) COURSE DU PISTON : 24 po Vérifiez la puissance. Est-elle suffisante? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 30 de 56 PH4-29/SH-11 Force des vérins hydrauliques La table ci-dessous indique les forces d’aller et de retour, en livres, des vérins. Les lignes en caractères gras (rouge) correspondent à la force d’aller, utilisant la pleine surface du piston. Les lignes en italique indiquent la force de retour pour différents diamètres de la tige de piston. Souvenez-vous que ces forces sont théoriques et obtenues par le calcul. L’expérience montre qu’il faut augmenter en moyenne de 5 %, mais certainement pas plus de 10 %, la pression pour compenser les pertes dans les vérins. Pour les pressions non indiquées, vous pouvez utiliser la surface différentielle (troisième colonne) pour calculer la force du vérin à des pressions non indiquées. Vous pouvez aussi additionner deux colonnes de pression pour obtenir la force correspondant à la somme des deux pressions; vous pouvez aussi procéder par interpolation entre deux colonnes adjacentes. À noter que les pressions indiquées en haut de la table sont des pressions différentielles entre les deux orifices du vérin. Cela correspond à la pression nécessaire pour équilibrer la charge, et non à la pression que doit développer la pompe hydraulique. Les valeurs ci-dessus ne tiennent pas compte des pertes dans les tuyauteries d’alimentation et de retour (pertes de charge dans l’écoulement). Lorsqu’on conçoit un système hydraulique, il faut calculer la puissance de la pompe avec une marge de sécurité de 25 à 30 %, en moyenne, de façon à compenser les pertes dans le vérin et dans l’écoulement. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 31 de 56 PH4-30/SH-10 Puissance mécanique nécessaire pour l’entraînement d’une pompe La table ci-dessous indique la puissance nécessaire pour entraîner une pompe hydraulique ayant un rendement de 85 %. La plupart des pompes volumétriques ont un rendement de 80 % à 90 %, de sorte que les valeurs données par cette table devraient être précises à 5 % près, dans la quasi-totalité des cas. La table a été calculée à partir de la formule HP = lb/po² x GPM ÷ (1714 x 0,85). Pour un rendement autre que 85 %, la même formule peut être utilisée en remplaçant 0,85 par le rendement réel. UTILISATION DE LA TABLE La plage de pression de 500 à 5 000 lb/po2 couvre la plupart des systèmes hydrauliques, mais la puissance nécessaire peut dépendre d’autres considérations. Pour les valeurs non indiquées, on peut combiner les valeurs de la table. Par exemple, pour un circuit à 4 000 lb/po2, il suffit de doubler les valeurs données pour 2 000 lb/po2. Par exemple, pour un débit de 77 gal/min, la puissance sera la somme des valeurs indiquées sur les lignes 75 et 2 gal/min, etc. Pour les systèmes fonctionnant à moins de 500 lb/po2, les calculs de puissance tendent à devenir imprécis, car les frottements mécaniques ont un effet prépondérant sur le rendement de la pompe. RÈGLES EMPIRIQUES Pour un calcul de puissance approximatif, on peut utiliser la règle simple suivante : 1 HP pour 1 GPM à 1500 lb/po² Par exemple, une pompe de 5 gal/min fonctionnant à 1500 lb/po2 a besoin d’un moteur de 5 HP. À 3 000 lb/po2, la puissance serait de 10 HP. Une pompe de 10 gal/min absorberait 6-2/3 HP à 1 000 lb/po2, 10 HP à 1500 lb/po2, etc. Une autre règle empirique est que la pompe consomme 5 % de sa puissance nominale lorsqu’elle tourne à vide, c’est-à-dire quand l’huile circule sans pression. Cette puissance représente les pertes d’écoulement, plus les frottements mécaniques dans les paliers et les éléments de la pompe. Table des puissances (HP) nécessaires pour entraîner une pompe hydraulique. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 32 de 56 PH4-31/PCV-18 Soupape de décharge Application : chariot élévateur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans un système élévateur « Hi-Lo », les débits de deux pompes sont appliqués à un distributeur de commande, à un clapet antiretour et à soupape de décharge. Quand le distributeur est en position centrée, aucun débit ne peut sortir de ce circuit. La pression du système est réglée à 1500 lb/po2. Quand la pression atteint 500 lb/po2 (point de réglage de la soupape de décharge), la grosse pompe de 45 gal/min est déchargée au réservoir, ce qui réduit la charge du moteur et l’échauffement de l’huile. La petite pompe de 5 gal/min maintient une pression de 1 500 lb/po2 correspondant au point de réglage de la soupape de surpression. Quand l’opérateur agit sur le distributeur, la pression du circuit d’alimentation baisse en dessous de 500 lb/po2, ce qui provoque la fermeture de la soupape de décharge. La pompe à grand débit fournit maintenant 45 gal/min pour actionner le vérin. Lorsque la bobine de la petite électrovanne est excitée, la pression augmente et la soupape de décharge s’ouvre, ce qui ramène le système en mode débit réduit. Les circuits de ce type ne sont plus tellement utilisés dans l’industrie aujourd’hui. CHAPITRE 3 33 de 56 PH4-32/PCV-35 Principales différences entre une soupape de surpression, une soupape de séquence, une soupape d’équilibrage et une soupape de décharge Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme on le voit, ces quatre types de soupapes se ressemblent avec des différences minimes dépendant de leur application. Les soupapes de surpression, de séquence et de décharge se distinguent essentiellement par l’origine de la pression de commande et, dans le cas de la soupape de séquence, par le drainage des fuites. La soupape d’équilibrage utilise un petit piston agissant sur le tiroir pour établir les deux pressions d’ouverture. Toutes ces soupapes sont normalement non passantes (fermées). CHAPITRE 3 34 de 56 PH4-33/PCV-09 Détendeur ou soupape de réduction de pression) Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le détendeur ou soupape de réduction de pression sert à abaisser ou à limiter la pression dans un circuit secondaire d’un système hydraulique. On peut ainsi faire fonctionner deux ou plusieurs circuits partiels à des pressions inférieures au point de réglage de la soupape de sûreté générale. Le détendeur se distingue des autres types de soupapes par les différences suivantes : - le détendeur est une soupape normalement passante; - son tiroir se referme à une pression prédéterminée, fixée par la position de la vis de réglage; - le passage interne de pression pilote communique avec l’orifice de sortie. CHAPITRE 3 35 de 56 PH4-34/PCV-10 Détendeur FONCTIONNEMENT Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans un détendeur, le débit passe librement à travers le corps de la soupape. Quand la pression du circuit alimenté dépasse le point de consigne du détendeur, le tiroir se déplace et réduit le passage, ce qui limite la pression de sortie. Le tiroir est percé d’un petit trou qui crée une petite fuite de liquide externe. Ce débit de fuite doit être compensé par un certain débit au niveau du tiroir. Il permet de maintenir le détendeur actif et d’éviter qu’une surpression dans le circuit aval ne crée un blocage hydrostatique. CHAPITRE 3 36 de 56 PH4-35/PCV-11 Détendeur Application : circuit de serrage Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le schéma du haut, les deux mâchoires sont appliquées à la pleine pression du circuit. Sur le schéma du bas, la pression de la mâchoire B est réglable au moyen d’un détendeur. Le clapet antiretour permet le retour rapide du vérin. NOTA Pour régler correctement le détendeur, amenez le vérin en bout de course de retour et ajustez la pression réduite. CHAPITRE 3 37 de 56 PH4-37/PCV-29 Détendeur Application : pressions de commande étagées Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ce système de commande à pressions étagées permet de sélectionner à distance des pressions préétablies. Cette fonctionnalité est réalisée en reliant le drain externe du détendeur à une (ou plusieurs) soupape de surpression réglée à la pression désirée, à travers une électrovanne de sélection. Le circuit utilisateur sera alors alimenté à la pression choisie pour l’opération à effectuer. La pression désirée peut être choisie en excitant l’électrovanne qui est associée à la soupape de surpression correspondante. À noter que le point de réglage du détendeur doit être plus haut que la plus haute pression à sélectionner, dans ce cas, 1 500 lb/po2. Le système illustré permet donc de choisir entre quatre pressions préétablies (500, 1 000, 1 500 et la pression de réglage du détendeur). CHAPITRE 3 38 de 56 PH4-38/PCV-36 Principales différences entre les soupapes de surpression, de séquence, d’équilibrage, de décharge et de réduction de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ De ces cinq types de soupapes, seul le détendeur est normalement passant. Les quatre autres sont des variantes de la même conception de base avec de petites modifications permettant de les adapter à des tâches différentes. Certains fabricants offrent des soupapes qui peuvent être reconfigurées pour une tâche donnée. CHAPITRE 3 39 de 56 PH4-39/PHME-05 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La soupape A est maintenue fermée par la force du ressort s’exerçant sur le clapet. La soupape B est maintenue ouverte par le débit d’huile qui crée une poussée supérieure à celle du ressort. Ainsi, en augmentant la force du ressort, le clapet s’opposera plus longtemps au passage de l’huile, ce qui se traduit par une augmentation proportionnelle de la pression d’ouverture. CHAPITRE 3 40 de 56 PH4-40/PHME-05a EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Si le débit diminue, le clapet redescend au point où le passage libre correspond au débit. La pression sera plus basse que le réglage d’origine de la soupape, car le ressort sera moins comprimé qu’avec le plein débit et exercera moins de force sur le clapet. CHAPITRE 3 41 de 56 PH4-41/PHME-06 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En appliquant une pression par le haut de la soupape, le clapet descend et la pression augmente. En effet, comme le passage ouvert au liquide est plus réduit, pour laisser passer la même quantité dans le même temps, l’écoulement doit accélérer, ce qui nécessite une augmentation de la pression. CHAPITRE 3 42 de 56 PH4-42/POR-07 Régulateur de pression piloté Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Plage de modulation d’une soupape à actionnement direct Dans une soupape de surpression à actionnement direct, la force du ressort maintient le clapet fermé contre la pression du liquide hydraulique jusqu’à ce que cette pression atteigne une certaine valeur. Considérons une soupape à actionnement direct réglée pour s’ouvrir à 1 000 lb/po2 à 5 gal/min. Quand la pression augmente dans le système, pour un débit donné, le clapet se soulève légèrement pour une pression appelée « point de début d’ouverture », disons vers 700 lb/po2. À ce point, la soupape ne laisse passer qu’un filet de liquide. Si le débit augmente, le clapet va s’ouvrir jusqu’à laisser passer le plein débit de la pompe. La levée du clapet se traduit par une compression supplémentaire du ressort dont la force augmente. En conséquence, la force nécessaire pour maintenir le clapet ouvert augmente avec le débit d’huile. La soupape ouverte à fond limite la pression à 1 000 lb/po2. CHAPITRE 3 43 de 56 PH4-42/POR-07 Régulateur de pression piloté Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Plage de modulation d’une soupape à actionnement direct (suite) La différence entre la pression de début d’ouverture et la pression de pleine ouverture est appelée « plage de modulation ». Bien que la différence de pression soit relativement modeste – 300 lb/po2 dans le cas illustré – cette plage de modulation peut poser un problème dans le cas des gros actionneurs qui travaillent presque à la pression maximale du système. Pour un vérin de 10 pouces carrés, la perte de force est 10 x 300 = 3 000 lbf (S x P = F), mais plus le débit de la pompe augmente, plus cette perte de force devient plus importante. Plage de modulation d’une soupape de surpression pilotée L’effet de la pression pilote dans une telle soupape de surpression est de réduire la plage de modulation, généralement à 25 ou 50 lb/po2. La réduction de la pression d’ouverture en fonction du débit est donc nettement moins grande. CHAPITRE 3 44 de 56 PH4-43/POR-01 Soupape de surpression pilotée Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les soupapes de surpression pilotées sont souvent appelées « soupapes à piston équilibré ». Elles assurent un meilleur contrôle de la force produite par les actionneurs. Les principaux éléments sont un tiroir percé d’un passage calibré qui est appliqué contre un siège par un ressort. Un passage interne relie la chambre supérieure du tiroir à l’étage de pilotage situé au-dessus, qui contient un clapet conique (pointeau) maintenu contre son siège par un ressort. La force du ressort du clapet pilote est réglable au moyen d’une vis. La chambre du clapet pilote est reliée par un passage interne à l’orifice d’échappement du corps de la soupape, qui est relié au réservoir. Le symbole ANSI est un schéma composite de tous les éléments de la soupape de surpression. Sur les schémas, on utilise plutôt le symbole simplifié et c’est au technicien de vérifier le type exact de la soupape sur les schémas. CHAPITRE 3 45 de 56 PH4-44/POR-02 Soupape de surpression pilotée FONCTIONNEMENT Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Voyons la première étape du fonctionnement d’une soupape de surpression pilotée. Le liquide reçu à l’orifice d’entrée agit sous le piston du tiroir qui est maintenu contre son siège par la force du ressort 25 lb/po2. Dès que la pression atteint 25 lb/po2, le piston décolle de son siège en comprimant le ressort et laisse échapper du liquide vers le réservoir. Autrement dit, cette soupape seule limite la pression à 25 lb/po2. CHAPITRE 3 46 de 56 PH4-45/POR-03 Soupape de surpression pilotée FONCTIONNEMENT Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans une deuxième étape, le clapet pilote est décollé de son siège par la pression agissant sur sa pointe. Le liquide qui passe le clapet entre dans la chambre de pilotage et s’échappe par un passage interne pour revenir au réservoir. La pression nécessaire pour décoller le clapet dépend de la force du ressort. Dans cet exemple, le ressort est réglé pour une pression d’ouverture de 975 lb/po2. CHAPITRE 3 47 de 56 PH4-46/POR-04 EXERCICE MENTAL Voyons si vous avez bien compris le fonctionnement! Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ À l’étape 3, la soupape de surpression est au repos. Le ressort de l’étage pilote est réglé pour que le pointeau s’ouvre à 975 lb/po2 et l’autre ressort maintient le tiroir en position fermée jusqu’à 25 lb/po2. Comme le montre le schéma de l’étape 4, la pression monte dans le système à cause de la restriction de l’écoulement. Cette pression s’exerce sous le piston du tiroir et passe par l’orifice calibré dans la chambre supérieure où elle agit contre le clapet pilote maintenu contre son siège par son ressort. La pression augmente sous le piston, mais également au-dessus, tant qu’il n’y a pas d’écoulement au niveau du clapet. Comme la pression est la même sur les deux faces du piston, celui-ci est en équilibre et son ressort de rappel le maintient contre le siège. Cet état d’équilibre se maintient tant qu’il n’y a pas d’écoulement par le clapet de l’étage de pilotage. CHAPITRE 3 48 de 56 PH4-46/POR-04 EXERCICE MENTAL Voyons si vous avez bien compris le fonctionnement! Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ À l’étape 5, la pression dépasse 975 lb/po2 au-dessus du piston et le clapet s’ouvre, ce qui permet une fuite du liquide qui se trouve au-dessus du piston. La pression baisse dans la chambre supérieure et la pression d’entrée peut maintenant pousser le tiroir vers le haut. Le liquide continue de s’écouler par l’orifice calibré et les pressions s’égalisent de part et d’autre du piston. Quand l’équilibre est atteint, le ressort de rappel ramène le piston vers le bas pour restreindre l’écoulement par l’orifice de sortie, de sorte que la pression remonte à nouveau sous le piston. La soupape effectue donc des cycles d’ouverture et de fermeture pour se stabiliser dans un état d’équilibre du piston. Cet effet permet d’amortir les pulsations du système. Et qu’en est-il de la pression? Quand le liquide s’écoule par le clapet de pilotage, la pression dans la chambre supérieure du piston est 975 lb/po2 et le ressort 25 lb/po2 suffit à ramener le piston. La pression atteint alors 1 000 lb/po2 (975 + 25). Ainsi, la plage de modulation de la soupape ne peut pas excéder 25 lb/po2, quel que soit le point de réglage de la soupape de surpression. CHAPITRE 3 49 de 56 PH4-47/POR-09 Soupape de surpression pilotée Type cartouche Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La soupape de type cartouche contient les mêmes éléments que dans l’exemple précédent. La seule différence est la configuration de ces éléments et le mode de montage de la soupape, qui est vissée dans une cavité taraudée. Le fonctionnement est basé sur les mêmes principes que dans une soupape standard. CHAPITRE 3 50 de 56 PH4-49/POR-01T La conception des soupapes de surpression pilotées se prête à diverses applications Applications : 1. Soupape de décharge d’une pompe; 2. Réglage de pression à distance; 3. Régulation de pression par paliers. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 51 de 56 PH4-50/POR-05 Soupape de surpression pilotée associée à l’électrovanne de décharge de la pompe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour la décharge d’une pompe, la soupape de surpression pilotée peut être configurée avec la sortie de l’étage pilote dirigée vers le réservoir. Dans le schéma ci-dessus, une électrovanne à deux voies et deux positions est reliée à la sortie externe de l’étage pilote de la soupape de surpression. Quand la bobine de l’électrovanne est excitée, tout le liquide passant par l’orifice calibré du piston revient au réservoir, ce qui ne permet pas à la pression de s’établir au-dessus du piston. Dans ces conditions, la soupape reste ouverte et dérive le débit de la pompe vers le réservoir avec une pression minime dans le système (pression nécessaire pour maintenir le piston en position haute). CHAPITRE 3 52 de 56 PH4-51/PCV-19 Soupape de surpression pilotée associée à une électrovanne de décharge de la pompe commandée par un manocontact Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le montage illustré ci-avant permet de maintenir une pression dans le système au moyen d’un accumulateur, d’une soupape de surpression et d’un manocontact. La fonction de décharge de la pompe est ainsi automatisée. Le manocontact est sensible à la pression du système en aval de la soupape de surpression, là où l’accumulateur maintient la pression. Quand la pression nécessaire est atteinte, le manocontact excite la bobine de l’électrovanne qui ouvre la tuyauterie d’évacuation de l’étage pilote de la soupape et le débit de la pompe est envoyé au réservoir. La soupape reste dans cet état jusqu’à ce que la pression de l’accumulateur baisse à un niveau inférieur au point de consigne du manocontact. CHAPITRE 3 53 de 56 PH4-52/POR-06 Soupape de surpression pilotée Réglage à distance de la pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le circuit ci-dessus, la soupape de surpression assure la régulation de la pression du système commandée à partir d’un point éloigné, par exemple une salle de contrôle. La soupape de surpression principale est pilotée à distance par une pression de l’équipement ou depuis un poste de contrôle de l’installation. Le réglage de la soupape fixe la pression maximale pour l’équipement ou pour l’opération. Une tuyauterie relie l’orifice extérieur de l’étage pilote de la soupape de surpression à un clapet pilote à distance. La sortie de ce clapet à distance est raccordée au réservoir. Ainsi, l’opérateur de la salle de contrôle peut réduire la pression d’ouverture de la soupape principale à une valeur inférieure, mais pas supérieure au réglage de l’étage pilote de la soupape de surpression. Cette disposition permet un réglage fin de la pression de fonctionnement, en même temps que la soupape assure la protection de l’équipement. CHAPITRE 3 54 de 56 PH4-53/PCV-30 Régulation de pressions étagée par une soupape de surpression pilotée Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ce montage permet un contrôle étagé de la pression au moyen d’une série de soupapes de surpression pilotées reliées en parallèle à l’orifice externe de l’étage pilote de la soupape de surpression. Cette disposition permet de choisir des pressions inférieures à la pression de consigne de l’étage pilote (mais pas supérieures). Le circuit ci-dessus fournit quatre pressions différentes, toutes inférieures à la pression de consigne de l’étage pilote. Normalement, cette pression de consigne serait supérieure à 1 500 lb/po2. CHAPITRE 3 55 de 56 PH4-54/POR-08 Exemple de courbes de régulation d’échappement pour une soupape de surpression de 75 gal/min Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 3 56 de 56 PH4-55/PCV-04 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Nommez ces soupapes : Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pompes hydrauliques Fonctionnement à l’entrée de la pompe............... 1 Renseignements généraux sur les pompes ........ 7 Pompes à cylindrée fixe....................................... 24 Pompe à cylindrée variable ................................. 47 Pompes à compensation de pression ................ 54 Pompes à rétroaction de la charge..................... 64 Pompes réversibles.............................................. 76 Systèmes hydrauliques en boucle fermée......... 78 CHAPITRE 4 1 de 93 PH5-01/PHME-07 EXERCICE MENTAL FEUILLE DE TRAVAIL Que va-t-il se passer? Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’illustration ci-dessus représente un réservoir d’eau fermé dans lequel une pompe a créé une pression d’air de 20 lb/po2. Quel effet la pression va-t-elle produire sur l’eau? Va-t-elle rester comme ça ou déborder par le tube plongeur? EAU CHAPITRE 4 2 de 93 PH5-02/PMP-10 La pression atmosphérique Une colonne d’air de un pouce carré de section, aussi haute que l’atmosphère terrestre, pèse 14,7 lb au niveau de la mer. On peut donc dire que la pression atmosphérique (pression absolue) est 14,7 lb/po2. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pression atmosphérique est due au poids de l’atmosphère terrestre qui s’exerce en tout point de la surface de la terre. Cet effet est facilement démontré par le baromètre à mercure de Torricelli. Pour fabriquer un tel baromètre, il suffit de prendre un tube fermé à un bout et rempli de mercure et de le placer à l’envers dans une cuve pleine de mercure. Le poids du mercure dans le tube tend à le faire sortir, mais la pression atmosphérique s’exerçant sur la surface du mercure empêche le tube de se vider complètement. Le poids du mercure cherchant à sortir du tube crée un vide tout en haut. Ce vide, lorsqu’il est suffisant pour équilibrer le poids du mercure tend à le retenir dans le tube. Un équilibre s’établit entre le poids du mercure et l’effet d’aspiration du vide. La hauteur du mercure dans le tube représente la pression atmosphérique. Au niveau de la mer, le niveau du mercure dans le tube se stabilise à environ 29,92 pouces (760 mm) de la surface du mercure dans la cuve. CHAPITRE 4 3 de 93 PH5-03/INT-15 L’huile est aspirée dans la pompe par une différence de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’illustration ci-dessus montre comment la pression atmosphérique agissant sur le contenu du réservoir hydraulique pousse le liquide à l’entrée d’une pompe simple. Pour que le liquide soit aspiré par l’orifice d’entrée, le piston en reculant doit créer un vide partiel. L’huile entre dans la pompe pour tenter de combler ce vide. 1. Pendant sa course d’aspiration, le piston de la pompe se déplace et la chambre de pompage s’agrandit. Vers l’actionneur 2. Un vide partiel est créé dans la chambre de pompage. 1. La pression atmosphérique dans le réservoir pousse l’huile dans la chambre de pompage pour combler le vide. POMPE CHAMBRE DE POMPAGE CHAPITRE 4 4 de 93 PH5-04/INT-15a Côté aspiration de la pompe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Du côté aspiration d’une pompe hydraulique à engrenage, en tournant, les pignons créent un vide partiel. La pression atmosphérique qui agit sur le contenu du réservoir pousse l’huile vers l’entrée de la pompe pour tenter de combler ce vide. Notez que le dépressiomètre (manomètre absolu) monté sur le côté aspiration de la pompe est gradué de 0 à 30 pouces de mercure (po Hg) et mesure le vide créé par l’effet d’aspiration. CHAPITRE 4 5 de 93 PH5-05/INT-16 Effet de la hauteur d’aspiration Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans la vue « A », le réservoir se trouve à 10 pieds au-dessus de l’entrée de la pompe. Le fonctionnement de la pompe crée un vide partiel à son orifice d’entrée. La pression atmosphérique qui s’exerce sur la surface du liquide crée une « mise en charge » de la pompe. Sous l’effet de la gravité, le liquide coule de lui-même vers l’entrée de la pompe. La hauteur du liquide hydraulique dans le réservoir crée également une certaine pression au niveau de son orifice de sortie. Un pied cube d’huile hydraulique pèse environ 58 lb. Si l’on considère un réservoir cubique d’un pied cube dont le fond carré mesure 144 po2 (un pied par un pied), la pression due au poids de l’huile dans le réservoir plein est de 0,4 lb/po2. Dans la vue « B », le réservoir est situé à 10 pieds au-dessous de l’entrée de la pompe. Le poids de l’huile, qui était un avantage dans le cas de la vue « A », doit maintenant être surmonté par l’aspiration de la pompe. En d’autres termes, la pompe doit créer un vide partiel de 0,4 lb/po2 juste pour faire monter le liquide à sa hauteur. C’est la pression atmosphérique agissant à la surface du réservoir qui fait monter l’huile vers l’entrée d’aspiration de la pompe. 1. Si le niveau de l’huile est à 10 pieds au-dessus de l’entrée de la pompe... 2. ...la pression est de 10 x 0,4 lb/po2, soit 4 lb/po2. La pompe est « en charge », c’est-à-dire alimentée par une pression positive. 3. Si le niveau d’huile est à 10 pieds en dessous du niveau de la pompe 4. ...la pompe va devoir créer un vide (pression négative) équivalant à 4 lb/po2, seulement pour faire « monter » l’huile. La pompe est un mécanisme créant une aspiration à son entrée. Pompe Pompe Sortie Sortie Entrée Entrée 10 pi 10 pi Vue A NIVEAU D'HUILE PLUS HAUT QUE L'ENTRÉE : POMPE EN CHARGE Vue B NIVEAU D'HUILE PLUS BAS QUE L'ENTRÉE DE LA POMPE : ASPIRATION NÉCESSAIRE CHAPITRE 4 6 de 93 PH5-07/PMP-01 Renseignements généraux sur les pompes Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour déterminer le sens de rotation d’une pompe, il faut la regarder du côté de son arbre et c’est la rotation de l’arbre qui détermine le sens de rotation de la pompe. Une pompe peut tourner dans le sens horaire ou dans le sens antihoraire (à droite ou à gauche). CHAPITRE 4 7 de 93 PH5-08/PMP-01a Renseignements généraux sur les pompes Durée de vie d’une pompe La durée de vie de la pompe est celle de ses paliers qui dépend de deux facteurs principaux : vitesse de rotation et pression de refoulement 2. Effet de la vitesse de rotation sur la longévité de la pompe (tr/min). La durée de vie des paliers ou des roulements est inversement proportionnelle à la vitesse de rotation. Une pompe qui tourne à 1 200 tr/min aura une durée de vie d’environ 50 % plus longue que celle d’une pompe tournant à 1 800 tr/min. Autres facteurs influençant la durée de vie de la pompe. a. Propreté de l’huile. b. Température de l’huile. c. Efforts latéraux ou axiaux. d. Cavitation. e. Désalignement de l’arbre. 3. Influence de la pression sur la longévité de la pompe (lb/po2). La durée de vie de la pompe est inversement proportionnelle au cube de la pression. Ainsi, une pompe fonctionnant à 1 000 lb/po2 durera normalement 8 fois plus longtemps que la même pompe fonctionnant à 2 000 lb/po2. (Rapport de pression 2:1 au cube, soit 8:1) Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 4 8 de 93 PH5-09/PMP-15 Les fuites dépendent de la différence de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’un des principaux inconvénients des systèmes hydrauliques est l’existence des fuites. Les fuites extérieures sont faciles à repérer par les gouttes d’huile. Cependant, il se produit aussi des fuites à l’intérieur des composants hydrauliques et seul un essai sous pression permet de les déterminer. Dans une pompe, les fuites internes sont plus faibles à basse pression que lorsque la pompe fournit une haute pression. À haute pression, l’usure des pièces de la pompe tend également à accroître les fuites internes. À basse pression, l’effet de l’usure n’est pas aussi sensible. 5 lb/po2 (0,34 bar) 10 lb/po2 (0,69 bar) 5 lb/po2 (0,34 bar) 100 lb/po2 (6,9 bars) 1,0 gal/min 3,0 gal/min 1,0 gal/min 3,0 gal/min 5 lb/po2 (0,34 bar) 10 lb/po2 (0,69 bar) 5 lb/po2 (0,34 bar) 100 lb/po2 (6,9 bars) CHAPITRE 4 9 de 93 PH5-10/PMP-12v Rendement volumétrique d’une pompe Pression lb/po2 (bar) Exemple : Débit théorique = 10 gal/min Débit réel = 9 gal/min Rendement volumétrique = 90 % Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le rendement volumétrique est le pourcentage de son débit théorique que la pompe est capable de fournir. La diminution du rendement pratique est due aux fuites internes. Pour calculer le rendement, on divise le débit réel de la pompe par son débit théorique et on exprime le résultat en pourcentage. Le débit réel est déterminé sur un banc de mesure en charge à l’aide d’un débitmètre. D éb it ga l/m in (L /m in ) Rendement volumétrique (%) = Débit réel x 100 Débit théorique CHAPITRE 4 10 de 93 PH5-11/PMP-12 Rendements volumétriques des pompes hydrauliques volumétriques Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La fiche de calcul ci-dessus est utilisée pour les essais de mesure de rendement volumétrique des pompes hydrauliques. Lorsqu’elle est correctement remplie, la fiche indique immédiatement l’état de la pompe. Elle peut aussi servir d’enregistrement de l’état de l’équipement (dossier, classement, etc.) qui permettra de déterminer ultérieurement le degré de dégradation de la pompe. CHAPITRE 4 11 de 93 Pour remplir cette fiche, il faut indiquer toutes les conditions d’essai, y compris la température ambiante, la vitesse de la pompe (à vide), la restriction d’entrée, la vitesse à pleine charge et la température du liquide. Les coordonnées du graphique sont le débit en ordonnées et la pression de fonctionnement en abscisses. À la fin de l’essai de débit de la pompe, ce graphique permettra de calculer les fuites internes à basse pression et à haute pression. CHAPITRE 4 12 de 93 PH5-11/PMP-12 Rendements volumétriques des pompes hydrauliques volumétriques Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La fiche de calcul ci-dessus permet de comparer le rendement de trois types de pompes volumétriques. Les pompes à engrenages sont simples et économiques. Leur rendement n’est pas excellent, particulièrement à haute pression, car les fuites augmentent rapidement. La limite pratique est de 180 bars et la pression normale d’utilisation devrait être inférieure à 120 bars. CHAPITRE 4 13 de 93 Les pompes à palettes ont un meilleur rendement que les pompes à engrenages, mais ne permettent pas de dépasser des pressions moyennes de 180 bars, en général. Les pompes à pistons sont particulièrement bien adaptées aux hautes pressions à faible débit. Ce sont elles qui ont les meilleurs rendements. La pression peut normalement aller jusqu’à 650 bars. CHAPITRE 4 14 de 93 PH5-12/PMP-12 Pompe volumétrique Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une pompe volumétrique fournit la même quantité de liquide à chaque cycle de rotation des éléments de pompage. Un débit constant à chaque cycle suppose des tolérances étroites entre les éléments de pompage et le carter de la pompe. Autrement dit, les fuites des éléments de pompage d’une pompe volumétrique sont minimales et négligeables comparées au débit maximum théorique. La cylindrée est donc pratiquement constante et indépendante des variations de la pression en service. Dans la figure ci-dessus, un tour des engrenages fait avancer 2,2 pouces cubes d’huile hydraulique à travers la pompe. Comme c’est une pompe à déplacement fixe, son débit théorique est de 2,2 pouces cubes. CHAPITRE 4 15 de 93 PH5-13/PMP-03 Comment calculer le débit d’une pompe 1. À partir du numéro de pièce de la pompe ou des spécifications du fabricant, déterminez la cylindrée. 2. Déterminez la vitesse de rotation de l’arbre. CYLINDRÉE x VITESSE DÉBIT = 231 avec : DÉBIT = gallons par minute (gal/min) CYLINDRÉE = pouces cubes par tour (po3/tr) VITESSE = tours par minute (tr/min) 231 po3 = 1 gallon US Exemple : CYLINDRÉE = 2,2 po3/tr VITESSE = 1750 tr/min 2,2 po3/tr x 1750 tr/min DÉBIT (gal/min) = 231 po3 DÉBIT (gal/min) = 16,67 gal/min (théorique) Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour calculer le débit d’une pompe, il faut d’abord connaître la cylindrée théorique. En général, elle est marquée sur la plaque signalétique. Souvent, la cylindrée est marquée directement sur le boîtier. À défaut, on peut la trouver sous le numéro de pièce ou dans les spécifications du fabricant. Le deuxième facteur est la vitesse de l’arbre de la pompe. Elle peut être déterminée en lisant le tachymètre du véhicule ou à l’aide d’un tachymètre portatif, pour un moteur électrique. À partir de ces deux facteurs, la formule indiquée ci-dessus permet de calculer le débit de la pompe. Nota a) Le débit est généralement exprimé en gallons par minute. b) La cylindrée est la quantité de liquide qui traverse la pompe à chaque tour de l’arbre (po3). c) La vitesse de l’arbre doit être exprimée en tours par minute (tr/min). d) La constante 231 permet de convertir les pouces cubes en gallons US CHAPITRE 4 16 de 93 PH5-14/PMP-16v Drainage interne ou drainage externe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 4 17 de 93 Référence : figure de la page 14. Les pompes sont aussi classées d’après la nature de leurs fuites. On distingue deux catégories. 1) Drainage interne. 2) Drainage externe. Dans une pompe à drainage interne, les fuites se produisent du côté haute pression vers le côté basse pression (entrée) par les jeux fonctionnels des éléments, qui augmentent avec l’usure. Les types de pompes dont les fuites se font vers l’intérieur sont les pompes à engrenages, les pompes à palettes à rotor équilibré et les pompes Gerotor (engrenages emboîtés). Dans les pompes à drainage externe, les fuites se font vers l’entrée et également dans le corps de la pompe. Pour éviter une accumulation de liquide sous pression dans le carter, un passage de drainage ramène les fuites au réservoir. Ce type de pompe comprend les pompes à pistons radiaux, à pistons axiaux, à palettes à rotor non équilibré et à axe oblique. Nota Toutes les pompes mentionnées sur cette page seront couvertes en détail dans la suite du chapitre. CHAPITRE 4 18 de 93 PH5-15/SH-06 Brides de montage normalisées SAE pour les pompes et les moteurs Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 4 19 de 93 Référence : figure de la page 16. La bride de montage est une partie du corps de la pompe ou du moteur permettant de la fixer sur l’organe d’entraînement ou l’organe entraîné. L’arbre de la pompe ou du moteur dépasse au centre de la bride. Il existe deux types de brides. 1) Bride à quatre trous. 2) Bride à deux trous. Chacun de ces styles de montage a ses propres caractéristiques et valeurs de puissance correspondant à différentes tailles de pompe ou de moteur. Le type de montage est calculé pour assurer une solidité adéquate de l’ensemble, sans risque de dommage ou de desserrage. Référence : figure de la page 18. On distingue deux types de bout d’arbre pour les pompes et les moteurs. 1) Arbre cylindrique claveté sans filetage pour des boulons. 2) Arbre cannelé en développante à 30°. Chaque arbre a ses propres caractéristiques et valeurs de puissance correspondant à différentes tailles de pompes ou de moteurs. Le style d’arbre utilisé sur chaque pompe ou moteur doit assurer la transmission du couple maximum. CHAPITRE 4 20 de 93 PH5-16/SH-07 Bouts d’arbre normalisés SAE pour les pompes et les moteurs Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 4 21 de 93 PH5-17/PMP-18 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il y a deux types de pompes volumétriques. 1) À cylindrée fixe. 2) À cylindrée variable. Les pompes à cylindrée fixe sont à débit constant (à chaque cycle de la pompe) et il n’y a pas de possibilité de réglage. Les pompes à cylindrée variable sont d’une construction plus complexe, mais permettent de faire varier le débit pour une vitesse constante. CHAPITRE 4 22 de 93 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La classe des pompes à cylindrée fixe regroupe les trois types suivants. 1) Pompes à engrenages (dentures externes). 2) Pompes à palettes à rotor équilibré 3) Pompes à pistons : i) pistons radiaux ii) pistons axiaux iii) axe oblique CHAPITRE 4 23 de 93 La classe des pompes à cylindrée variable regroupe les deux types suivants. 1) Pompes à palettes : i) commande directe ii) commande pilote 2) Pompes à pistons : i) pistons radiaux ii) pistons axiaux iii) axe oblique CHAPITRE 4 24 de 93 PH5-18/PMP-02t Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Vous voyez ci-dessus le symbole générique d’une pompe à cylindrée fixe. Ce symbole comprend 4 éléments. 1) Le cercle qui représente le corps de la pompe. 2) Le triangle plein qui représente le débit vers l’extérieur. 3) Le trait à l’opposé du triangle qui représente l’orifice d’entrée. 4) Le trait perpendiculaire ou aligné avec le triangle, qui représente l’arbre d’entraînement. CHAPITRE 4 25 de 93 PH5-19/PMP-02g POMPE À ENGRENAGES EXTERNES Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une pompe à engrenages externes est constituée de deux pignons en prise tournant dans un corps fermé. La pompe est appelée à « engrenages externes » parce que les pignons ont des dentures externes. Comme ils sont en prise, ils tournent en sens inverse l’un de l’autre. L’un des pignons est entraîné par l’arbre et le moteur. Ce pignon est appelé « menant » et il est en prise constante avec l’autre pignon appelé « mené ». L’orifice d’entrée est situé sur l’un des côtés du corps de la pompe pour l’aspiration du liquide. L’orifice de sortie est situé sur le côté opposé du corps pour le refoulement du liquide sous pression. CHAPITRE 4 26 de 93 PH5-20/PMP-03g POMPE À ENGRENAGES EXTERNES Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les pompes à engrenages sont classées selon que la denture est externe ou interne. La figure ci-dessus représente une pompe à engrenages externes. Les engrenages peuvent être droits, hélicoïdaux ou en chevrons. Les pignons droits sont les plus simples à fabriquer et sont largement utilisés. Les pignons hélicoïdaux et en chevrons sont plus silencieux, mais plus coûteux à fabriquer. Dans une pompe à engrenages externes, le liquide est entraîné entre les dents des deux pignons et leur logement dans le corps de la pompe. L’un des pignons est calé sur l’arbre d’entraînement et fait tourner l’autre par engrènement. Le second pignon est parfois qualifié de « libre » ou « mené ». Les espaces entre les dents sont fermés par l’évidement du corps de la pompe et par des plaques latérales appelées plaques d’usure ou de pression. Un vide partiel est créé là où les dents se dégagent l’une de l’autre et le liquide aspiré est transporté à l’extérieur des engrenages, entre les dents. Au point où les dents reviennent en prise, le liquide est expulsé des chambres et refoulé vers la sortie. CHAPITRE 4 27 de 93 PH5-21/PMP-09 POMPE À ENGRENAGES EXTERNES Mise en marche et rodage Pendant la période de rodage en usine, les engrenages ont tendance à user la paroi de leur logement. La profondeur nominale de la bande d’usure est de 0,008 po (0,203 mm) et ne devrait pas excéder 0,015 po (0,381 mm). Le contact des dents avec la paroi du corps assure un faible espace de fuite et un bon rendement volumétrique. Notez l’aspect lisse de la surface de rodage formée par le contact des dents. Il arrive que de petits fragments de métal soient arrachés au cours du rodage, mais cela n’a pas de conséquences pour la pompe. (Tyrone pump) Source : Document d’entretien Tyrone® Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ SURFACE DE FROTTEMENT DES DENTS CHAPITRE 4 28 de 93 PH5-22/PMP-01g POMPE À ENGRENAGES INTERNES Rôle du joint en croissant Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme on le voit sur la figure, les pompes à engrenages internes comportent un pignon tournant dans une couronne à denture interne. Le pignon central a une ou deux dents de moins que la couronne extérieure et les vitesses relatives des deux dentures sont basses. Par exemple, si les engrenages ont respectivement 10 et 11 dents, le pignon central fait 11 tours pendant que la couronne en fait 10. Les frottements se font à de très faibles vitesses relatives, ce qui permet de minimiser l’usure. Les pompes de ce type sont petites et compactes. CHAPITRE 4 29 de 93 PH5-23/PMP-00g POMPE À ENGRENAGES INTERNES Rôle du joint en croissant Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pompe à engrenages internes comporte un joint en croissant disposé entre les dentures internes et externes. Les deux engrenages tournent dans le même sens, le pignon tournant un peu plus vite que la couronne extérieure. Le liquide hydraulique est aspiré dans la pompe au point où les dentures commencent à s’écarter et est transporté dans les intervalles entre les dents et le joint en croissant. Le point de contact des dents assure l’étanchéité, de même que le très faible jeu qu’elles ont par rapport au joint en croissant. Dans le passé, ces pompes étaient généralement utilisées pour les débits faibles à des pressions ne dépassant pas 1 000 lb/po2. Aujourd’hui, il existe des modèles à deux étages capables de délivrer des pressions de 4 000 lb/po2. CHAPITRE 4 30 de 93 PH5-24/PMP-05g POMPE À ENGRENAGES INTERNES Type Gerotor Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pompe Gerotor est une variante de la pompe à rotor interne dont les engrenages sont en contact glissant continu. La couronne a une dent de moins que le rotor central. Les deux engrenages tournent dans le même sens, le pignon central à denture externe est solidaire de l’arbre d’entraînement. La denture externe est entraînée par la rotation du pignon central. Le liquide entre par l’un des flancs du corps de la pompe et s’écoule sous pression par l’orifice du flanc opposé. Le plateau de distribution est usiné avec précision pour tourner dans le corps de la pompe en contact intime avec les engrenages de façon à minimiser les fuites. Il contrôle également l’écoulement du liquide à l’entrée et à la sortie, là où les dents se rapprochent et s’écartent. CHAPITRE 4 31 de 93 PH5-25/PMP-06g POMPE À ENGRENAGES INTERNES Type Gerotor Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le liquide hydraulique aspiré par l’orifice d’entrée qui débouche à l’endroit où les dents se séparent, puis il est entraîné entre les dents et expulsé lorsqu’elles reviennent en prise au niveau de l’orifice de sortie. L’étanchéité est assurée par le contact glissant des engrenages avec le corps de la pompe et le plateau de distribution. En règle générale, ce type de pompe, dans lequel le sommet de la dent du rotor assure une bonne étanchéité par rapport aux lobes de la couronne, a un meilleur rendement volumétrique à basse vitesse que les pompes à joint croissant. Les rendements volumétrique et global sont sensiblement du même ordre que ceux des pompes à denture externe. Par contre, elles sont plus sensibles à la présence d’impuretés dans l’huile. CHAPITRE 4 32 de 93 PH5-26/PMP-06v POMPE À PALETTES Type à rotor non équilibré Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pompe à palettes illustrée à la figure ci-dessus est du type à rotor non équilibré, c’est-à-dire que tout le pompage se fait du même côté du rotor et de l’arbre. L’inconvénient de cette conception est qu’elle impose une charge latérale au rotor et à l’arbre. Vous noterez que ce type de pompe tourne dans un anneau cylindrique. Les pompes à palettes de ce genre peuvent avoir des cylindrées fixes ou variables. La conception de la pompe ressemble beaucoup à celui du Gerotor, les palettes remplacent les points de contact entre la couronne dentée et le rotor. Les palettes coulissent dans les fentes du rotor et sortent d’une longueur juste suffisante pour maintenir le contact avec la surface de l’anneau cylindrique. Le plateau de distribution ressemble beaucoup à celui d’une pompe Gerotor. CHAPITRE 4 33 de 93 PH5-27/PMP-09v POMPE À PALETTES Type à rotor non équilibré Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans cette pompe, un certain nombre de palettes coulissent dans des encoches du rotor qui tourne à l’intérieur d’une cavité. La forme de cette cavité peut être circulaire et excentrée par rapport à l’axe du rotor, ou ovale. Dans certains types de pompes, la force centrifuge suffit à maintenir les palettes en contact avec le corps, mais elles peuvent aussi être déplacées par la forme excentrique de l’anneau. Dans certains cas, les palettes sont appliquées vers l’extérieur par de petits ressorts. Il existe également des modèles dans lesquels les palettes sont poussées vers l’extérieur par de petits pistons alimentés en pression. Au cours du cycle de rotation, l’espace libre ou « chambre » délimité par les palettes, le rotor et l’anneau extérieur, commence par augmenter, ce qui crée une dépression à l’entrée. Sous l’effet de la pression atmosphérique, l’huile remplit le volume d’entrée de la pompe. Au cours de la rotation, le volume de la chambre se réduit et le liquide est refoulé sous pression par le passage de sortie. CHAPITRE 4 34 de 93 PH5-28/PMP-14 POMPE À PALETTES Type à rotor équilibré Pompe à simple ou double corps Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Certaines pompes à palettes sont conçues pour produire un effort équilibré. Un corps elliptique forme deux zones de pompage distinctes, disposées symétriquement par rapport au rotor pour annuler les efforts latéraux. L’anneau elliptique avec le rotor et ses palettes forme un ensemble appelé cartouche de pompe. La cartouche est montée dans un carter en deux parties portant l’orifice d’entrée d’un côté et l’orifice de sortie de l’autre. Les pompes à palettes équilibrées peuvent être à simple corps (une seule cartouche) ou à double corps (deux cartouches). Les pompes à palettes à rotor équilibré sont nécessairement à cylindrée fixe. CHAPITRE 4 35 de 93 PH5-29/PMP-01v POMPE À PALETTES Type à rotor équilibré Constitution de la cartouche Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La cartouche de pompe est constituée d’un certain nombre de pièces assemblées. L’anneau came contient un rotor centré dans la cavité elliptique. Les palettes coulissent dans des fentes radiales du rotor et suivent la surface interne de l’anneau pendant la rotation. L’anneau came est pris en sandwich entre deux plateaux à lumières. Ces plateaux sont usinés pour s’adapter étroitement sur les faces latérales de l’anneau came. Cela permet de minimiser les fuites des palettes en rotation. Ces plateaux sont percés de plusieurs passages qui contrôlent l’écoulement du liquide à l’entrée et à la sortie de l’anneau came. CHAPITRE 4 36 de 93 PH5-30/PMP-18v POMPE À PALETTES Type à rotor équilibré Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En passant d’un secteur d’extension maximale à un secteur d’extension minimale de l’anneau came, la palette suit une transition graduelle, puis une autre transition graduelle pour revenir à son extension maximale. Ce mouvement radial se répète deux fois par tour. Pour éviter les fuites d’huile sous pression au niveau des palettes, la pompe comporte des lumières en forme de rognon qui délimitent des zones d’étanchéité. Ce système de passages se trouve sur l’un des côtés ou de part et d’autre des extrémités axiales du rotor et des palettes. CHAPITRE 4 37 de 93 PH5-30/PMP-18v POMPE À PALETTES Type à rotor équilibré Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La configuration des lumières et des zones d’étanchéité est telle que l’intervalle entre deux palettes adjacentes est légèrement plus petit que l’étendue totale de la zone d’étanchéité. En d’autres termes, deux palettes adjacentes sont toujours contenues dans la zone d’étanchéité. Avec la rotation, la première palette quitte la zone d’étanchéité, mais la palette suivante est déjà fermement en contact avec la surface d’étanchéité. L’effet est d’empêcher les écoulements d’huile entre les deux chambres adjacentes qui sont en contact avec une même zone d’étanchéité. L’écoulement du liquide ne résulte donc que de la rotation du rotor et des palettes. C’est le mécanisme de pompage traditionnel des pompes ou des moteurs à palettes. Le terme « à rotor équilibré » exprime le fait que les pressions sont égales dans les chambres diamétralement opposées. CHAPITRE 4 38 de 93 PH5-31/PMP-08p POMPE À PISTONS Type à pistons radiaux Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus montre l’agencement des principaux éléments d’une pompe à pistons radiaux. Ces éléments sont les pistons (coulissant dans des cylindres), les patins de piston, le tambour central (qui reçoit les pistons), l’anneau cylindrique et le plateau à lumières (non représenté) portant le distributeur. Les patins sont reliés au piston par un joint flexible et ne font que glisser sur la surface intérieure de l’anneau quand le tambour central tourne. Les pistons sont soigneusement ajustés dans leurs cylindres et coulissent dans les deux sens. Le distributeur est incorporé dans le plateau qui sépare l’orifice d’entrée de l’orifice de sortie. L’axe de rotation du tambour est excentré par rapport à l’anneau cylindrique. CHAPITRE 4 39 de 93 PH5-32/PMP-11p POMPE À PISTONS Type à pistons radiaux Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans une pompe à pistons radiaux, le tambour tourne avec son arbre à l’intérieur de l’anneau cylindrique. Quand le bloc de distribution tourne, les patins des pistons suivent la surface intérieure de l’anneau sous l’effet de la force centrifuge, de la pression de l’huile ou d’une d’action mécanique. Comme l’anneau cylindrique est décalé par rapport à l’axe de rotation du tambour, les pistons sont animés d’un mouvement alternatif dans leurs alésages et le plateau de distribution leur permet de se remplir de liquide lorsqu’il se déplace vers l’extérieur. Quand le piston revient vers l’intérieur, le liquide est refoulé sous pression par les lumières. La cylindrée de la pompe est déterminée par la section et le nombre de pistons, ainsi que par la longueur de leur course. En faisant varier l’excentricité de l’anneau cylindrique, on peut changer la cylindrée en augmentant ou en raccourcissant la course des pistons dans le tambour central. CHAPITRE 4 40 de 93 PH5-33/PMP-01p POMPE À PISTONS Type à pistons axiaux Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans une pompe à pistons axiaux, les pistons se déplacent parallèlement à l’axe de l’arbre d’entraînement du barillet. Le mouvement rotatif du plateau oblique est ainsi converti en un mouvement axial alternatif des pistons. La plupart des pompes axiales sont à pistons multiples et utilisent des clapets antiretour ou un plateau de distribution pour diriger le liquide de l’entrée vers l’orifice de refoulement. CHAPITRE 4 41 de 93 PH5-34/PMP-06p POMPE À PISTONS Type à pistons axiaux Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les principaux éléments d’une pompe à pistons axiaux sont : 1) le barillet formant les cylindres axiaux; 2) la plaque de retenue des pistons; 3) les pistons et leurs patins à liaison flexible; 4) le ressort de la plaque de retenue; 5) le plateau oblique; 6) le plateau de distribution avec ses lumières d’entrée et de sortie en forme de rognons. CHAPITRE 4 42 de 93 PH5-34/PMP-06p POMPE À PISTONS Type à pistons axiaux Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les pistons coulissent avec des tolérances serrées dans chacun des trous du plateau de retenue et dans les alésages du barillet. Le patin est plus gros que le piston et que le trou du plateau de retenue, ce qui l’empêche d’entrer dans le trou et le cylindre. Si le plateau est déplacé à l’opposé du barillet, il tire chaque piston avec lui. Le ressort de pression du plateau de retenue est monté au centre du barillet. Il dépasse juste assez pour écarter la plaque de retenue du barillet et maintenir les patins en contact permanent avec le plateau oscillant. Le plateau de distribution est monté à l’extrémité opposée du barillet. Il est fixe en rotation alors que le barillet tourne. CHAPITRE 4 43 de 93 PH5-35/PMP-13p POMPE À PISTONS Type à pistons axiaux Principe de fonctionnement sur un cycle Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La forme la plus simple de pompe à pistons axiaux est le type à plateau oblique dont le barillet tourne avec l’arbre d’entraînement. Les pistons coulissent dans des alésages du barillet et portent des patins de poussée. La plaque de retenue est sollicitée par un ressort central et contribue indirectement à maintenir les patins en contact permanent avec le plateau oblique. Quand le barillet tourne, les patins glissent sur le plateau dont l’obliquité produit un mouvement alternatif des pistons. Les lumières du plateau de distribution sont agencées de façon à relier les cylindres avec l’entrée d’huile au moment où les pistons sont tirés vers l’extérieur. Le tout fonctionne comme une seringue qu’on remplit en tirant sur le piston avec l’aiguille dans un liquide. La rotation du barillet se poursuit et lorsque les cylindres arrivent en face de la lumière de sortie, les pistons sont repoussés dans leurs cylindres pour refouler le liquide sous pression vers la sortie. La cylindrée de cette pompe est déterminée par la section et le nombre de pistons, ainsi que par leur course qui dépend de l’angle du plateau oblique. CHAPITRE 4 44 de 93 PH5-36/PMP-02p POMPE À PISTONS Type à axe oblique Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pompe à pistons axiaux à axe oblique est entraînée par un arbre terminé par une bride. Les pistons sont attachés à la bride par une plaque de retenue qui emprisonne la rotule de chaque tige de piston. Les pistons sont animés d’un mouvement alternatif dans les alésages du barillet. La rotation de l’arbre et de la bride fait tourner les pistons et entraîne indirectement le barillet. À l’autre extrémité du barillet, une surface usinée ou « glace de distribution » est en contact avec un plateau fixe portant des lumières en forme de rognons reliées aux orifices d’entrée et de sortie. La position oblique du barillet par rapport à la bride et à l’arbre d’entraînement détermine le mouvement alternatif des pistons dans les alésages du barillet. CHAPITRE 4 45 de 93 PH5-37/PMP-03p POMPE À PISTONS Type à axe oblique Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme le plan de rotation des pistons fait un angle avec celui de la glace de distribution, la distance entre chaque piston et la glace varie continuellement au cours de la rotation. Le piston s’éloigne de la glace sur un demi-tour et se rapproche sur l’autre un demi-tour. La glace de distribution comporte un passage d’aspiration ouvert aux cylindres sur le premier demi- tour. Son passage de refoulement est ouvert aux cylindres sur l’autre demi-tour au cours duquel les pistons se rapprochent de la surface. Ainsi, au cours d’un tour complet de la pompe, chaque piston aspire du liquide de la chambre d’entrée dans son cylindre, puis le refoule dans la chambre de sortie. Les pompes à axe oblique peuvent avoir une cylindrée fixe ou une cylindrée variable en changeant l’obliquité des pistons pour faire varier leur course. CHAPITRE 4 46 de 93 PH5-38/PMP-04 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans toutes les conditions d’utilisation ci-dessus, le débit d’huile d’une pompe à cylindrée fixe doit être contrôlé pour répondre aux fluctuations de la demande (périodes de débit limité ou nul), tout en maintenant une certaine pression du système. Il faut donc ajouter une soupape de surpression en plus d’un type de distributeur de commande directionnelle. La soupape de surpression laisse échapper vers le réservoir la partie du débit de liquide qui n’est pas utilisée par les actionneurs. Sans une protection contre les surpressions, la partie la plus faible du système risque d’éclater et de causer des blessures dans les circonstances ci-dessus. CHAPITRE 4 47 de 93 PH5-39/PMP-03t Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les pompes à cylindrée variable sont essentiellement des pompes dont le débit peut être modifié en changeant la géométrie des chambres de pompage. Le symbole de base d’une pompe à cylindrée variable est illustré ci-dessous. Ce symbole se compose de 5 éléments. 1) Le cercle, représentant le corps de la pompe. 2) Le triangle plein, représentant le sens du refoulement de liquide. 3) Le trait à l’opposé du triangle, représentant l’orifice d’entrée. 4) Le trait perpendiculaire ou aligné avec le triangle, représentant l’arbre d’entraînement. 5) La flèche à 45 degrés indiquant que le débit est variable ou réglable. CHAPITRE 4 48 de 93 PH5-40/PMP-11v POMPE À PALETTES – Cylindrée variable Type à rotor non équilibré Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les principaux éléments d’une pompe à palettes non équilibrée à cylindrée variable sont : 1) la vis de réglage de débit (qui déplace l’anneau came par rapport à l’axe du rotor); 2) l’anneau came réglable; 3) le rotor (contenant les palettes et fixé à l’arbre d’entraînement) CHAPITRE 4 49 de 93 PH5-41/PMP-03v POMPE À PALETTES - Cylindrée variable Type à rotor non équilibré Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans une pompe à palettes à rotor non équilibré, on peut changer la géométrie de la chambre de pompage en déplaçant l’anneau came au moyen d’une vis de réglage. Ce réglage a pour effet de changer l’excentricité du rotor à l’intérieur de l’anneau came. La modification de la chambre de pompage permet de faire varier la cylindrée par tour. CHAPITRE 4 50 de 93 PH5-42/PMP-02p POMPE À PISTONS AXIAUX Type à axe oblique Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La principale différence entre une pompe à pistons axiaux à débit constant et à débit variable est la possibilité de modifier l’angle du barillet par rapport à l’arbre d’entraînement. Quand le barillet est aligné avec l’arbre, la course des pistons est nulle et il n’y a aucun débit. Plus le barillet est oblique par rapport à l’axe de l’arbre, plus la course des pistons est grande et plus le débit devient important. CHAPITRE 4 51 de 93 PH5-43/PMP-12p POMPE À PISTONS Type à axe oblique Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Cette pompe fonctionne de la même manière qu’une pompe à axe oblique, sauf qu’on peut faire varier l’angle du barillet par rapport à l’axe l’arbre d’entrée pour réduire le débit. L’obliquité du barillet est réglable au moyen d’une vis (à l’extrémité du barillet) permettant d’ajuster l’angle du barillet. Ceci fait varier la course des pistons et permet d’augmenter ou de diminuer le débit par tour. CHAPITRE 4 52 de 93 PH5-44/PMP-01p POMPE À PISTONS AXIAUX Type à plateau oscillant Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les principaux éléments d’une pompe à pistons axiaux à cylindrée variable sont les mêmes que ceux de la même pompe à cylindrée fixe, sauf que le plateau oblique peut changer d’angle en pivotant autour d’un tourillon perpendiculaire à l’arbre. CHAPITRE 4 53 de 93 PH5-45/PMP-09p POMPE À PISTONS AXIAUX Type à plateau oscillant Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans les pompes à pistons axiaux à cylindrée variable, l’angle du plateau oblique est réglable autour d’un tourillon transversal. Le mouvement de basculement du plateau autour d’un tourillon transversal permet d’allonger ou de raccourcir la course des pistons. Le mécanisme de positionnement du plateau peut prendre diverses formes : commande manuelle, servocommande, commande par compensateur, volant à main, etc. CHAPITRE 4 54 de 93 PH5-46/PMP-10v Pompe à volume variable à compensateur de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Notez que le symbole ci-dessus pompe à cylindrée variable à compensation de pression comprend un rectangle contenant une petite flèche verticale sur le côté gauche du symbole d’une pompe à cylindrée variable. Cet ajout représente le compensateur de pression de la pompe. La ligne en tirets représente le drainage externe des fuites internes. Le graphique représente le débit de la pompe en fonction de la pression. Le principal avantage de la compensation est qu’elle permet de maintenir la pression nominale avec un débit réduit. Sur le graphique, les débits sont en ordonnées et les pressions en abscisses. La courbe débit/pression reste pratiquement horizontale jusqu’à une brusque chute à la pression maximale indiquant l’entrée en jeu du compensateur. Le compensateur agit sur l’angle du plateau oscillant et réduit le débit juste assez pour maintenir la pression désirée. CHAPITRE 4 55 de 93 PH5-47/PMP-04v Compensation de pression dans une pompe à palettes à rotor non équilibré à débit variable Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans une pompe à palettes à débit variable, la cylindrée peut être modifiée par une action extérieure, comme un ressort muni d’une vis de réglage, ou un compensateur de pression. La commande mécanique permet de déplacer l’anneau came pour changer l’excentricité du rotor, ce qui modifie la taille de la chambre de pompage et la cylindrée par tour. Quand la pression du système est suffisamment élevée pour surmonter la force du ressort de compensation, l’anneau came se déplace de lui-même sous l'effet de la poussée latérale pour réduire l’excentricité. La force du ressort de compensation détermine le point à partir duquel l‘anneau se déplace. CHAPITRE 4 56 de 93 PH5-48/PMP-07p Pompe à pistons axiaux à cylindrée variable et compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le piston de compensation est soumis à la pression de refoulement de la pompe par une prise au niveau de l’orifice de sortie. Le ressort du piston de compensation détermine la pression désirée dans le système. Quand cette pression est atteinte, la force qui s’exerce sur le piston comprime le ressort et la tige du piston réduit l’angle du plateau oscillant. À ce nouvel angle, la pompe débite juste assez de liquide pour maintenir la pression du système. Ce débit limité permet de compenser les fuites internes des composants du circuit et de maintenir la pression nominale. CHAPITRE 4 57 de 93 PH5-49/PMP-05 Pompe à pistons axiaux à cylindrée variable et compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus représente le mécanisme de compensation de pression qui est incorporé dans une pompe à plateau oscillant pour faire varier le débit de manière à maintenir une pression constante. Nota Les fuites de cette pompe sont drainées extérieurement. CHAPITRE 4 58 de 93 PH5-50/PMP-14v COMPENSATEUR DE PRESSION Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans la figure ci-dessus, le compensateur maintient le plein débit de la pompe, car la pression est inférieure au point de compensation. La pression du système est insuffisante pour surmonter la force du ressort de compensation qui maintient fermé le tiroir de la soupape de compensation. Le piston de réduction de l’angle du plateau n’est pas alimenté et la pompe fonctionne à plein débit. Un ressort agit sur le plateau pour le piston de compensation et vider l’actionneur de son huile après une période de compensation. On voit également que la chambre du tiroir de compensation se vide dans le carter de la pompe d’où elle revient au réservoir. CHAPITRE 4 59 de 93 PH5-51/PMP-15v COMPENSATEUR DE PRESSION Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans la figure ci-dessus, le liquide à la pression de sortie de la pompe agit sur le tiroir de la soupape de compensation et le repousse contre la force de son ressort (qui est réglable par l’opérateur). Le tiroir de compensation bloque le passage des fuites vers le carter de la pompe et fournit du liquide sous pression pour actionner le piston qui change l’angle du plateau oscillant contre la force de son ressort de rappel. La pompe est maintenant en mode compensation et produit un débit réduit, juste suffisant pour maintenir la pression désirée dans le système hydraulique. CHAPITRE 4 60 de 93 PH5-54/SH-11 Comment ajuster des régulateurs de pression double, en parallèle avec une soupape de surpression et un compensateur Guide abrégé 1. Dévissez à fond les vis de réglage de la soupape de surpression et du compensateur de pression (pression la plus basse possible). 2. Installez un manomètre en parallèle avec la tuyauterie de refoulement de la pompe. 3. Installez un débitmètre en série avec la tuyauterie de refoulement de la pompe. 4. Réglez le débit à la valeur recommandée* (facultatif). 5. Faites démarrer le moteur de la pompe. 6. En observant le manomètre, mettez le compensateur hors fonction en vissant à fond sa vis de réglage. 7. Réglez la soupape de surpression pour établir la pression recommandée. 8. Dévissez la vis du compensateur à la valeur de pression recommandée. *Toutes les pompes à cylindrée variable n’ont pas nécessairement une vis de réglage de débit. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Effectuez la procédure de verrouillage/étiquetage, puis dissipez la pression des systèmes hydrauliques et vérifiez qu’elle est à zéro. Le non-respect de cette procédure peut entraîner des blessures graves ou mortelles et des dommages matériels importants. AVERTISSEMENT! Ne dévissez jamais les vis de réglage de débit ou de pression tant qu’il y a de la pression dans le système ou que la pompe tourne. Si la vis de réglage sort de son pas de vis, elle peut causer des blessures graves ou mortelles et des dommages matériels importants. AVERTISSEMENT! CHAPITRE 4 61 de 93 PH5-55/PMP-GEN01 Méthodes de régulation de la vitesse de l’actionneur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus illustre les trois méthodes de base pour la régulation de la vitesse et du débit de la pompe. Le schéma du haut illustre la méthode classique utilisant une pompe à cylindrée fixe dont le débit qui n’est pas utilisé par l’actionneur est renvoyé au réservoir par une soupape de surpression. Sur le schéma du centre, le système utilise une pompe à compensation de pression. Quand la pression atteint une certaine valeur, la cylindrée de la pompe est diminuée pour réduire le débit. Pour ajuster la pression, le technicien règle la force du ressort du compensateur de la pompe. Une soupape de surpression n’est pas nécessaire dans cette configuration. CHAPITRE 4 62 de 93 Le troisième schéma illustre un système semblable au deuxième, mais avec rétroaction de la charge. La contre-pression de l’actionneur est utilisée pour commander le compensateur de pression de la pompe. Cette configuration ne nécessite pas de soupape de surpression, car il n’y a pratiquement pas de débit excédentaire retournant au réservoir. CHAPITRE 4 63 de 93 PH5-56/SENS-01 CIRCUIT À RÉTROACTION DE LA CHARGE Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le schéma ci-dessus représente une vue en coupe d’un système à rétroaction de la charge. Les principaux éléments sont : 1) actionneur; 2) distributeur de commande avec clapet pilote et ligne de détection de la charge; 3) compensateur de pression/débit exposé à la pression de sortie de la pompe; 4) pompe à compensation de pression avec ligne de commande. Nota Les pages suivantes décrivent pas à pas le fonctionnement de ce circuit. Elles permettront de comprendre comment le circuit de rétroaction fonctionne du démarrage à l’application de la pleine charge. CHAPITRE 4 64 de 93 PH5-57/SENS-02 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 1 ÉTAT : pompe à l’arrêt Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pompe à l’arrêt Dans la figure ci-dessus, la pompe hydraulique ne tourne pas. La pression du système est nulle comme l’indiquent les manomètres. Tous les distributeurs et soupapes sont en position neutre, ce qui permet au compensateur de la pompe de se vider par le tiroir de compensation de pression/débit dans le tiroir du compensateur haute pression, qui est relié au réservoir. Cet écoulement est indiqué par les flèches sur la figure. Le plateau oscillant de la pompe est mis en position « débit maximum » par son ressort. La pompe est prête à démarrer à plein débit. CHAPITRE 4 65 de 93 PH5-58/SENS-03 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 2 ÉTAT : pompe en marche, distributeur de commande en position neutre. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pompe en marche, distributeur de commande en position neutre Dans la figure ci-dessus, la pompe commence par être entraînée par son moteur et fournit initialement du liquide sous pression qui ne peut traverser le tiroir du distributeur de commande. La pression s’établit dans le distributeur et revient par le côté gauche du tiroir de compensation de pression dans le compensateur pression/débit. Cette pression statique est indiquée par des ronds blancs. La pression agit sur le tiroir du compensateur de pression en le repoussant vers la droite contre la force de son ressort. Cela ouvre un passage du liquide vers le compensateur de la pompe. Ce débit produit une pression qui agit sur le piston du compensateur pour changer l’angle du plateau oscillant de la pompe, comme le montrent les flèches blanches. Le plateau se stabilise en position de course nulle et le débit de la pompe reste juste suffisant pour maintenir une pression statique dans le distributeur de commande. Cette pression est réglable en changeant la force du ressort du tiroir dans le compensateur de pression. CHAPITRE 4 66 de 93 PH5-58/SENS-03 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 2 ÉTAT : pompe en marche, distributeur de commande en position neutre. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pompe en marche, distributeur de commande en position neutre Le petit tiroir du compensateur, qui s’est déplacé vers la droite, refoule le liquide emprisonné sur sa droite par la ligne pilote qui va vers le distributeur de commande. Dans le distributeur, ce débit maintient le clapet à bille fermé et le liquide revient au réservoir. La pression s’établit également à gauche du tiroir du compensateur haute pression, mais n’est pas suffisante pour surmonter la force du ressort. CHAPITRE 4 67 de 93 PH5-59/SENS-04 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 3 ÉTAT : l’opérateur agit sur le distributeur de commande. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’opérateur agit sur le distributeur de commande La manette de commande déplace le tiroir du distributeur vers la droite. Cela permet au liquide sous pression de s'écouler en soulevant le clapet à bille et le liquide circule dans la ligne pilote du compensateur de pression/débit. La pression statique retombe immédiatement à zéro parce que le liquide s’échappe à travers le distributeur et la ligne pilote. Comme la pression au niveau du distributeur de commande est maintenant égale à celle de l’orifice de refoulement de la pompe, la bille du clapet inférieur du distributeur se ferme sous l’effet de la pression de son ressort. CHAPITRE 4 68 de 93 Comme il n’y a plus de pression statique à la sortie de la pompe, la pression du côté gauche du tiroir de compensation de pression/débit tombe à zéro. Les pressions sont donc équilibrées de part et d’autre du petit tiroir et le ressort de rappel peut ramener le tiroir vers la gauche en position neutre. Le déplacement du petit tiroir vers la gauche crée un effet d’aspiration. CHAPITRE 4 69 de 93 PH5-59/SENS-04 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 3 ÉTAT : l’opérateur agit sur le distributeur de commande Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’opérateur agit sur le distributeur de commande L’huile contenue dans l’actionneur est maintenant aspirée à travers le distributeur de commande, traverse le clapet à bille supérieur et s’écoule par la ligne pilote pour combler le vide. Le passage vers le piston du plateau oscillant étant ouvert à travers les deux tiroirs du compensateur pression/débit, le liquide s’écoule vers le réservoir. Le compensateur de la pompe peut maintenant changer l’angle du plateau oscillant pour permettre le pompage à pleine course. CHAPITRE 4 70 de 93 PH5-60/SENS-05 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 4 ÉTAT : distributeur de commande actionné. Avance vers la charge. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Distributeur de commande actionné. Avance vers la charge. Le tiroir du distributeur est maintenant poussé à fond vers la droite ouvrant complètement le passage de la pompe à l’actionneur et la ligne pilote du compensateur de pression/débit. Une pression de 600 lb/po2 s’établit au niveau de l’actionneur, alors qu’il suffit de 400 lb/po2 pour pousser le piston en direction de la charge. L’effet du clapet à bille supérieur limite la pression à 200 lb/po2 et laisse passer le liquide par la ligne pilote vers la chambre de droite du tiroir du compensateur pression/débit. CHAPITRE 4 71 de 93 PH5-60/SENS-05 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 4 ÉTAT : distributeur de commande actionné. Avance vers la charge. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Distributeur de commande actionné. Avance vers la charge. Une pression de 600 lb/po2 est appliquée à gauche du compensateur pression/débit par le refoulement de la pompe. Cette pression est maintenant suffisante pour surmonter la force du ressort et les 200 lb/po2 qui existent dans la chambre de droite. Le tiroir se déplace et bloque l’orifice du piston d’asservissement de la pompe pour maintenir le plateau en position de débit maximum. La pression de 600 lb/po2 s’exerce aussi du côté gauche du tiroir du compensateur haute pression, mais n’est pas suffisante pour surmonter la force du ressort antagoniste. Dans ces conditions, le clapet à bille supérieur du distributeur de commande laisse échapper une petite quantité de liquide vers le réservoir. Cela permet de maintenir le clapet ouvert, alors qu’il se refermerait en l’absence de débit et créerait un blocage hydrostatique de la ligne pilote. Le liquide de la chambre côté tige de l’actionneur reflue par le distributeur de commande vers le réservoir. CHAPITRE 4 72 de 93 PH5-61/SENS-06 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 5 ÉTAT : tiroir du distributeur de commande actionné. Tige en contact avec la charge. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Tiroir du distributeur de commande actionné. Tige en contact avec la charge. L’actionneur continue d’être alimenté en liquide sous pression par la pompe et sa tige avance sous l’effet de l’augmentation de la pression jusqu’au contact avec la charge. L’augmentation de la résistance fait ralentir le débit de la pompe et la pression passe de 600 lb/po2 à 1200 lb/po2 à la sortie de la pompe. L’extrémité fermée de l’actionneur est à environ 1 000 lb/po2. Comme la pression monte parallèlement des deux côtés du tiroir du compensateur pression/débit, la position du tiroir ne change pas. CHAPITRE 4 73 de 93 PH5-62/SENS-07 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 6 ÉTAT : tiroir du distributeur de commande actionné. Surcharge. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Tiroir du distributeur de commande actionné. Surcharge. Quand la tige de l’actionneur est en contact avec la charge, le débit de liquide est pratiquement interrompu. La pression monte très rapidement, dans ce cas jusqu’à 2 000 lb/po2 et s’égalise dans l’ensemble du système hydraulique. La pression devient la même dans l’actionneur et dans le compensateur pression/débit. Comme la pression est égale de part et d’autre du tiroir du compensateur pression/débit (2 000 lb/po2), le ressort qui agit sur le côté droit peut repousser le tiroir vers la gauche. Ceci ouvre le passage vers le piston d’asservissement du plateau oscillant. Simultanément, un passage suffisant s’ouvre du côté gauche du tiroir du compensateur haute pression qui repousse son ressort et laisse passer l’huile. CHAPITRE 4 74 de 93 L’action des deux tiroirs du compensateur ouvre un passage qui laisse passer une partie du débit de la pompe vers le piston de son plateau oscillant. Ce débit est momentané et la pression croissante réduit l’angle du plateau. Le plateau est ainsi en position neutre et le débit de la pompe diminue à une valeur permettant de maintenir la pression désirée dans le système. (Pression qui est déterminée par le réglage de la force du ressort du tiroir du compensateur haute pression.) CHAPITRE 4 75 de 93 PH5-62/SENS-07 CIRCUIT DE RÉTROACTION DE LA CHARGE Principe de fonctionnement Étape 6 ÉTAT : tiroir du distributeur de commande actionné. Surcharge. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Tiroir du distributeur de commande actionné. Surcharge. Le léger débit de fuite du clapet supérieur du distributeur de commande remplit deux fonctions. 1) Il permet un retour contrôlé de liquide vers le réservoir, ce qui oblige la pompe à fournir un débit minime. Ce débit maintient les deux clapets à bille ouverts. Le petit débit de la pompe permet de maintenir la pression du système. 2) Dans le cas où le clapet à bille supérieur se fermerait, le passage de fuite empêche qu’une pression soit emprisonnée dans la chambre droite du tiroir du compensateur pression/débit, qui créerait un verrouillage hydrostatique. Le liquide emprisonné peut donc s’échapper vers le réservoir. CHAPITRE 4 76 de 93 PH5-63/PMP-05p POMPE HYDRAULIQUE Pompe à pistons axiaux réversible Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une pompe à pistons axiaux réversible est une pompe dont le plateau oscillant peut être orienté de 45° de part et d’autre de sa position de course nulle. En passant d’un côté à l’autre de sa position neutre, le plateau oscillant permet d’inverser le débit entre les deux orifices de la pompe. Pour le symbole, les triangles noirs représentent les deux directions possibles du débit de la pompe. Le sens dépend de la position du plateau oscillant par rapport à la position neutre. CHAPITRE 4 77 de 93 PH5-64/PMP-04p POMPE À PISTONS axiaux réversible Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pompe à pistons axiaux réversible est capable de fournir du liquide sous pression par l’un ou l’autre de ses orifices, le retour se faisant par l’autre. Quand le plateau oscillant est dans le sens AVANT (angle positif), le liquide sort de la pompe par l’orifice A et y revient par l’orifice B. Quand le plateau oscillant est incliné dans l’autre sens (angle négatif), le liquide sort de la pompe par l’orifice B et y revient par l’orifice A. CHAPITRE 4 78 de 93 PH5-65/CLS-01 Système type en boucle fermée Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un système hydraulique en boucle fermée comprend : 1) pompe 2) actionneur 3) réservoir 4) filtre 5) refroidisseur 6) tuyauteries hydrauliques CHAPITRE 4 79 de 93 PH5-66/PMP-20 SCHÉMA d’un système type en boucle fermée Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le schéma ci-dessus représente un système hydraulique en boucle fermée. Dans un tel système, le liquide ne passe pas par le réservoir et revient directement de l’actionneur à la pompe pour y être recyclé. Le système utilise une pompe à pistons axiaux réversible, dont le débit d’huile peut être inversé pour changer le sens de déplacement de l’actionneur. Ceci permet d’éliminer le distributeur de commande directionnelle. Dans ce schéma, une seconde pompe à cylindrée fixe alimente le circuit en huile à partir du réservoir. À la sortie de la pompe d’alimentation, un clapet à bille empêche le retour du liquide à la pompe principale. La pompe d’alimentation est également protégée des surpressions par une soupape de sûreté. CHAPITRE 4 80 de 93 CHAPITRE 4 81 de 93 Qu’est-ce qu’un système hydraulique en boucle fermée? Quelle est la différence entre un système en boucle ouverte et un système en boucle fermée? Pour des raisons pratiques, la plupart des systèmes hydrauliques fonctionnent en boucle ouverte (figure 1). Dans un tel système, l’huile est aspirée par la pompe dans le réservoir, passe ensuite dans les distributeurs de commande directionnelle et les actionneurs, puis revient au réservoir. En d’autres termes, l’huile part du réservoir et revient finalement au réservoir. Ces systèmes sont plus avantageux dans la plupart des utilisations. Cependant, un système en boucle fermée offre des avantages particuliers. Qu’est-ce qu’un système en boucle fermée? Les systèmes en boucle fermée sont incontestablement les plus répandus dans le monde actuel. Cependant, un système en boucle fermée est le seul choix possible dans certaines utilisations. Les systèmes hydrauliques en boucle fermée (figure 2) sont réservés aux utilisations de type pompe-moteur. Cependant, ils peuvent aussi être utilisés pour des vérins linéaires. Le liquide basse pression sortant du moteur revient à l’entrée de la pompe, plutôt qu’au réservoir, d’où le nom de « boucle fermée ». Avantages des systèmes hydrauliques en boucle fermée Variations de vitesse infinies Les systèmes en boucle fermée utilisant des moteurs et des pompes à pistons à cylindrée variable peuvent fournir une vitesse variable en continu de presque zéro à la vitesse maximale possible. Cette variation continue est obtenue simplement en changeant l’angle (course des pistons) d’un plateau oscillant. On peut faire varier la vitesse pendant que la machine est en mouvement. La vitesse du moteur primaire peut être réglée indépendamment du débit de la pompe. Immunité à la cavitation La cavitation se produit à l’entrée d’une pompe, lorsque l’aspiration est excessive ou lorsque de l’air est présent à l’entrée (pseudo-cavitation). Comme la pompe d’alimentation fournit toujours un petit débit d’appoint, un système en boucle fermée est toujours à une pression positive. Ceci assure une certaine immunité à la cavitation en comparaison à une pompe travaillant en boucle ouverte. Les systèmes en boucle fermée peuvent fonctionner à des vitesses supérieures à celles dont sont capables les systèmes en boucle ouverte de même taille. Ceci est dû au fait que l’orifice d’entrée de la pompe est toujours à une certaine pression positive sous l’effet du débit de retour d’huile du moteur et de l’appoint d’huile de la pompe d’alimentation. CHAPITRE 4 82 de 93 Simplicité de commande Avec un seul levier de commande, l’opérateur peut sélectionner la marche avant, le point mort et la marche arrière avec une variation continue, ainsi que le freinage par inversion. Il n’est pas nécessaire d’utiliser un embrayage, car la vitesse est directement commandée par l’angle du plateau oscillant. Aucune boîte de vitesses n’est nécessaire. De rapides changements de direction peuvent se faire sans risques d’endommager la transmission. Formation de l’opérateur simplifiée La réponse est immédiate et positive. Des opérateurs novices peuvent contrôler l’équipement après une brève initiation. NOTA. Une formation de base des opérateurs est nécessaire quel que soit l’équipement. La facilité de commande d’un système hydraulique en boucle fermée ne doit pas être une excuse pour négliger la formation sur le plan de la sécurité! Effets d’inertie de la charge Dans les systèmes de transmission à boucle ouverte, l’inertie de la charge peut poser des problèmes pour maîtriser son élan. Il faudrait installer un système de soupapes relativement complexes pour éviter que ce soit la charge qui entraîne le mécanisme de transmission. Dans un système hydraulique en boucle fermée, la charge ne peut pas faire tourner le moteur plus vite, car il suffit d’amener le plateau oscillant au neutre. Dans le cas d’un véhicule, le mouvement a tendance à convertir le moteur en pompe. De même, la pompe peut devenir le moteur. En cas de survitesse, le liquide refoulé par le moteur ne peut pas forcer la pompe à tourner, car son plateau oscillant revient au neutre (cylindrée nulle). La charge est donc forcée de s’immobiliser dès que le plateau de la pompe est revenu en position neutre. La décélération est contrôlée par des soupapes de surpression à flux croisé. Souplesse de fonctionnement La pompe, dont la cylindrée est variable à l’infini, assure une transition souple de l’arrêt à la marche avant ou à la marche arrière. Le système peut accélérer des charges plus fortes à partir de l’arrêt complet, car il n’y a pas d’à-coups ni de changements de vitesse avec débrayage. De plus, le système permet de maintenir des vitesses constantes. Pas d’échauffement inutile (pertes de puissance) Un système hydraulique en boucle fermée est particulièrement efficace pour plusieurs raisons. Rendement élevé des pompes et des moteurs à pistons qui n’ont pratiquement pas de fuites. Par comparaison, les systèmes hydrauliques en boucle ouverte à vitesse variable utilisent des distributeurs complexes pour le contrôle de la vitesse. Le débit excédentaire s’échappe généralement par la soupape de surpression générale, ce qui contribue à produire un échauffement important de l’huile. Par ailleurs, la pression du système peut être artificiellement élevée lorsque la charge de la machine nécessite une pression de fonctionnement sensiblement plus basse que le réglage de la soupape de surpression. CHAPITRE 4 83 de 93 Économie (rapport puissance-poids) On compare généralement les systèmes hydrauliques à vitesse variable à des transmissions électriques de mêmes caractéristiques. Le poids par unité de puissance (HP) d’un moteur électrique est d’environ dix livres, alors qu’un moteur électrique pèse environ une demi-livre par HP. Compte tenu des hautes pressions auxquelles peuvent fonctionner les pompes et les moteurs à pistons, on peut réaliser des combinaisons moins encombrantes et plus légères avec de plus grandes puissances. Avec les moteurs et les pompes à pistons, on peut facilement atteindre des pressions de 6 000 lb/po2 (414 bars). Caractéristiques fonctionnelles des systèmes en boucle fermée On peut distinguer quatre familles de composants offrant des performances différentes. 1. Pompe à cylindrée variable 2. Pompe à cylindrée fixe 3. Moteur à cylindrée variable 4. Moteur à cylindrée fixe Ces quatre composants de base peuvent être combinés en quatre types de transmissions. 1. Pompe à cylindrée variable associée à un moteur à cylindrée variable. Avantages : puissance variable, vitesse variable et couple moteur variable. 2. Pompe à cylindrée variable associée à un moteur à cylindrée fixe. Avantages : puissance variable, vitesse variable et couple moteur fixe. 3. Pompe à cylindrée fixe associée à un moteur à cylindrée fixe. Avantages : vitesse fixe, puissance fixe et couple moteur fixe. 4. Pompe à cylindrée fixe associée à un moteur à cylindrée variable. Avantages : puissance fixe, vitesse variable et couple moteur variable. CHAPITRE 4 84 de 93 Configurations possibles pour les systèmes en boucle fermée Systèmes hydrauliques intégrés et divisés Un système hydraulique en boucle fermée est considéré comme « intégré » si la pompe et le moteur sont accouplés l’un à l’autre ou logés dans une enceinte commune (figure 3). Une transmission divisée en boucle fermée peut être réalisée en montant la pompe directement sur le moteur et le moteur hydraulique à distance. Dans l’exemple de la figure 4, la pompe est accouplée au moteur et les moteurs hydrauliques sont intégrés aux roues. CHAPITRE 4 85 de 93 Les applications utilisant une pompe unique et deux moteurs sont appelées « transmission divisée double » (figure 5). S’il y a une pompe distincte pour chaque moteur, il s’agit d’une « transmission divisée jumelée » (figure 6). Transmission divisée jumelée Une transmission divisée jumelée utilise deux pompes de même débit, entraînées par un moteur commun. Chaque pompe entraîne un moteur hydraulique séparé. En général, ce sont des pompes à cylindrée variable, mais les moteurs peuvent être à cylindrée variable ou fixe. Ce type de système hydraulique en boucle fermée est courant sur les engins à chenilles ou les chargeurs à direction différentielle. Il y a une transmission pompe-moteur de chaque côté du véhicule. Pour diriger le véhicule, il suffit d’augmenter l’angle du plateau oscillant d’un côté par rapport à l’autre, ce qui fait tourner plus vite le moteur du même côté. On peut même faire tourner le véhicule sur place en « croisant » les transmissions des chenilles (une en marche avant, l’autre en marche arrière). Transmission divisée double en parallèle Une transmission divisée double en parallèle utilise une pompe à cylindrée variable alimentant en boucle fermée deux moteurs à cylindrée fixe. La vitesse de chaque moteur correspond à la moitié du débit de la pompe. Ce type de système en boucle fermée est couramment utilisé sur les convoyeurs avec un moteur de chaque côté de la bande transporteuse. CHAPITRE 4 86 de 93 Systèmes de transmission série/parallèle La transmission série/parallèle offre certains avantages intéressants. Elle utilise un distributeur de commande spécial permettant la commutation série/parallèle. Cette configuration double l’étendue de la plage normale de vitesses et de couples. Dans une position du distributeur, le liquide de la pompe circule en série dans les deux moteurs, c’est-à-dire que l’huile est dirigée vers l’orifice d’admission du premier moteur et sort par l’orifice d’échappement pour entrer par l’orifice d’admission du second moteur et sortir par son orifice d’échappement (figure 7). L’huile revient ensuite au distributeur, puis au réservoir. Ce mode produit une vitesse élevée avec un faible couple. Dans une autre position du distributeur, le débit d’huile se partage et circule en parallèle dans les deux moteurs (figure 8). L’huile sortant de l’orifice d’échappement de chaque moteur revient au distributeur et au réservoir. Cette configuration fournit un couple élevé et à basse vitesse. CHAPITRE 4 87 de 93 Utilisations des systèmes hydrauliques en boucle fermée Camions-malaxeurs à béton Dans la plupart des cas, la cuve du malaxeur est entraînée par un système hydraulique en boucle fermée. Une pompe à cylindrée variable est montée sur le moteur, en général à l’avant. Un moteur à cylindrée fixe accouplé à un petit réducteur fait tourner la cuve à béton. Ce système permet une variation infinie de vitesse, ce qui est important pour le malaxage et la distribution du béton. Le chargement, le malaxage et l’inversion pour la distribution du béton sont commandés par un même levier. Plateformes élévatrices et nacelles Les plateformes et les nacelles doivent pouvoir manœuvrer dans des endroits très resserrés et avec un minimum d’à-coups. Une variation continue de la vitesse, qui est la caractéristique d’un système hydraulique en boucle fermée, est essentielle pour la sécurité du fonctionnement. Le contrôle de l’inertie de la charge, une autre caractéristique des systèmes en boucle fermée, est important pour les équipements à roues. Chargeuses et tracteurs Les engins de petite et moyenne taille utilisent presque tous des systèmes hydrauliques en boucle fermée pour faciliter le contrôle de la vitesse et de la direction. Avec un bon entretien, ce genre de système est plus durable que les transmissions et les embrayages classiques, particulièrement pour les véhicules qui doivent fréquemment changer de direction. Rouleaux compresseurs et autres engins de compactage Pour l’opérateur d’un rouleau compresseur, le pire problème est le patinage du rouleau ou le démarrage par à-coups sur une surface nouvellement asphaltée. Ces incidents produisent des irrégularités de la surface qui sont longues et difficiles à corriger. Un démarrage en douceur et une réponse immédiate sont des qualités critiques pour produire une surface asphaltée uniforme. Les opérateurs d’équipements apprécient le contrôle continu de la vitesse et le freinage dynamique des circuits en boucle fermée, ainsi que le levier de commande unique. Convoyeurs et broyeurs Les systèmes hydrauliques en boucle fermée offrent une multitude de vitesses et des changements de direction instantanés. De la commande d’un simple treuil aux systèmes les plus complexes gérés par ordinateur, il n’y a pas de limites aux possibilités des systèmes en boucle fermée dans un grand nombre d’utilisations. CHAPITRE 4 88 de 93 Inconvénients des systèmes de transmission en boucle ouverte La vitesse des actionneurs hydrauliques est commandée par des variations de débit. Cela peut se faire au moyen d’un distributeur proportionnel ou d’une pompe à débit variable. Une autre méthode de contrôle de la vitesse est d’utiliser des pompes en tandem ou deux pompes ayant des débits différents (figure 9). Cette méthode permet d’obtenir trois vitesses différentes. Cependant, le passage de l’une à l’autre se fait brusquement, plutôt que par variation continue, comme dans un système en boucle fermée. À l’aide d’un distributeur spécial, le débit de chaque pompe peut être envoyé indépendamment au moteur. Si les pompes ont des cylindrées différentes, on peut obtenir directement deux vitesses, plus une troisième en combinant les débits des deux pompes. L’avantage de ce type de transmission est que la pression du système n’augmente qu’au niveau nécessaire pour surmonter la résistance des mécanismes et la charge. Par contre, les inconvénients sont nombreux : variation de vitesse discontinue, système de distribution pour contrôler l’inertie de la charge et distributeurs spéciaux pour le contrôle directionnel. CHAPITRE 4 89 de 93 Contrôle de la vitesse par dérivation de débit Une méthode de contrôle de la vitesse d’un actionneur dans un système en boucle ouverte est de dériver l’excès de débit directement vers le réservoir. Ce résultat peut être atteint en ajoutant un régulateur de débit, de préférence à compensation de pression, en parallèle avec le circuit (figure 10). On peut ainsi ajuster la vitesse en ouvrant ou en fermant une soupape pointeau jusqu’à ce que la vitesse soit correcte. Cette méthode de contrôle de la vitesse présente un inconvénient particulier : les fuites de la pompe et de l’actionneur ont une influence sur la vitesse. Le seul avantage est que la chaleur dégagée dépend de la perte de charge dans le limiteur de débit, qui est propre à la charge. CHAPITRE 4 90 de 93 Commande par régulation du débit amont Une autre méthode de commande de la vitesse d’un actionneur est de placer un limiteur de débit réglable en série avec la tuyauterie d’entrée de l’actionneur. Cette méthode est généralement appelée « régulation du débit amont » (figure 11). Le contrôle du débit amont ne peut être utilisé que pour un actionneur agissant contre une charge positive. Si ce n’est pas le cas, la charge risque de subir des à-coups ou des dépassements de position. L’avantage de la régulation du débit amont est que les fuites de la pompe n’affectent pas la vitesse de l’actionneur. Par contre, il n’y a pas de compensation des fuites de l’actionneur. Le dégagement de chaleur doit également être considéré. Comme un débit excédentaire est forcé hors du système par la soupape de surpression, il y a un échauffement dépendant de la perte de charge dans la soupape et dans le régulateur de débit. CHAPITRE 4 91 de 93 Contrôle par régulation du débit de sortie La méthode la plus utilisée de contrôle de la vitesse d’un actionneur est de régler le débit qui en sort. Cette méthode est généralement appelée « régulation du débit aval » (figure 12). Un limiteur de débit réglable est monté en série avec la tuyauterie de sortie de l’actionneur. Cette méthode évite les problèmes de dépassement de position et les à-coups avec une charge irrégulière. L’avantage de la méthode de contrôle du débit aval est qu’elle compense les fuites de la pompe. Les fuites de l’actionneur sont également compensées, dans une certaine mesure. L’inconvénient du contrôle de débit aval est le même que pour le débit amont : le dégagement de chaleur proportionnel à la perte de charge dans la soupape de surpression et dans le limiteur de débit aval. Un autre inconvénient du contrôle de débit aval est l’intensification de la pression. Ce phénomène se produit généralement avec les vérins à simple tige. Si le débit sortant de la chambre côté tige du vérin est freiné et s’il n’y a pas de charge contre la tige, la pression a tendance à augmenter dans la chambre du vérin. Le degré d’intensification est déterminé par la surface de la chambre côté vérin (différence entre la section du piston et la section de la tige), et par le réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. CHAPITRE 4 92 de 93 PH5-67/PMP-07 Un mauvais alignement du moteur et de la pompe peut entraîner une défaillance prématurée Principales causes de défaillance de la pompe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En plus des dommages internes causés par la contamination de l’huile, les deux principales causes de défaillance des pompes sont le désalignement angulaire et le décalage de l’axe des arbres. Le désalignement angulaire se produit lorsque l’arbre d’entraînement du moteur n’est pas parfaitement aligné avec celui de la pompe hydraulique. Cela crée des efforts latéraux sur les arbres du moteur et de la pompe, entraînant une usure prématurée des paliers et des roulements. Le décalage de l’axe des arbres est également un défaut d’alignement qui crée des efforts anormaux dans les paliers et les roulements du moteur et de la pompe. CHAPITRE 4 93 de 93 PH5-68/SH-10 Puissance mécanique pour l’entraînement d’une pompe La table ci-dessous indique la puissance nécessaire pour entraîner une pompe hydraulique ayant un rendement de 85 %. La plupart des pompes volumétriques ont un rendement de 80 % à 90 %, de sorte que les valeurs données par cette table devraient être précises à 5 % près, dans la quasi-totalité des cas. La table a été calculée à partir de la formule HP = PSI x GPM ÷ (1714 x 0,85). Pour un rendement autre que 85 %, la même formule peut être utilisée en remplaçant 0,85 par le rendement réel. UTILISATION DE LA TABLE La plage de pression de 500 à 5 000 lb/po2 couvre la plupart des systèmes hydrauliques, mais la puissance nécessaire peut dépendre d’autres considérations. Pour les valeurs non indiquées, on peut combiner les valeurs de la table. Par exemple, pour un circuit à 4 000 lb/po2, il suffit de doubler les valeurs données pour 2 000 lb/po2. Par exemple, pour un débit de 77 gal/min, la puissance sera la somme des valeurs indiquées sur les lignes 75 et 2 gal/min, etc. Pour les systèmes fonctionnant à moins de 500 lb/po2, les calculs de puissance tendent à devenir imprécis, car les frottements mécaniques ont un effet prépondérant sur le rendement de la pompe. RÈGLES EMPIRIQUES Pour un calcul de puissance approximatif, on peut utiliser la règle simple suivante : 1 HP pour 1 gal/min à 1500 lb/po2. Par exemple, une pompe de 5 gal/min fonctionnant à 1500 lb/po2 a besoin d’un moteur de 5 HP. À 3 000 lb/po2, la puissance requise serait de 10 HP. Une pompe de 10 gal/min absorberait 6,67 HP à 1 000 lb/po2, 10 HP à 1500 lb/po2, etc. Une autre règle empirique est que la pompe consomme 5 % de sa puissance nominale lorsqu’elle tourne à vide, c’est-à-dire quand l’huile circule sans pression. Cette puissance représente les pertes d’écoulement, plus les frottements mécaniques dans les paliers et les éléments de la pompe. Table des puissances (HP) nécessaires pour entraîner une pompe hydraulique. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Clapets antiretour, accumulateurs et actionneurs Clapets antiretour ............................................................1 Accumulateurs hydrauliques .......................................11 Précharge d’un accumulateur ......................................20 Actionneurs hydrauliques ............................................27 CHAPITRE 5 1 de 39 PH6-01/CKV-05 Clapet antiretour Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Essentiellement, un clapet antiretour est une soupape permettant l’écoulement dans un sens et bloquant l’écoulement inverse. Les éléments d’un clapet antiretour sont : a) corps b) clapet c) ressort d) orifices d’entrée et de sortie Le symbole ANSI d’un clapet antiretour comprend les éléments suivants : a) un cercle représentant clapet mobile; b) deux traits en équerre touchant le cercle et représentant le siège du clapet; c) un trait plein en contact avec le siège, représentant l’écoulement libre; d) un trait plein touchant le clapet mobile, représentant l’écoulement inverse bloqué CHAPITRE 5 2 de 39 PH6-02/CKV-06 Clapet antiretour Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour un écoulement dans le sens passant, le liquide entrant par l’orifice d’entrée écarte le clapet de son siège en comprimant le ressort, puis ressort par la sortie, comme indiqué par les flèches. En l’absence de débit ou pour un débit inverse, le clapet est fermement appliqué contre son siège par le ressort. Pour un écoulement inverse, toute pression du liquide agit dans le sens du ressort et applique le clapet plus fortement contre son siège. CHAPITRE 5 3 de 39 PH6-03/CKV-02 Clapet antiretour Quelques utilisations types Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les illustrations ci-dessus montrent que les clapets antiretour sont utilisés dans diverses utilisations : circuit de contournement, isolement d’un circuit et régulateur de pression. La majorité des clapets antiretour contiennent un ressort de rappel, bien qu’il ne soit souvent pas représenté dans le symbole. CHAPITRE 5 4 de 39 PH6-04/CKV-01 Clapet antiretour Ouverture par pression pilote Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un clapet antiretour à ouverture pilotée comprend un clapet, un plongeur et un piston. Le corps forme des orifices d’entrée et de sortie du clapet antiretour. Il comprend également un orifice de pression pilote et un passage de fuites. Le symbole de ce composant est le même que celui d’un clapet antiretour ordinaire, mais avec un trait en tirets représentant la conduite de pression pilote. La seconde différence est le carré en trait mixte qui représente le corps contenant le dispositif combiné. CHAPITRE 5 5 de 39 PH6-05/CKV-03 Clapet antiretour Ouverture par pression pilote Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le sens passant, le clapet antiretour fonctionne normalement pour permettre l’écoulement et bloquer l’écoulement dans le sens inverse. En mode ouverture pilotée, le clapet est repoussé de force pour ouvrir le passage inverse, par une pression pilote agissant sur un piston et un plongeur. La pression pilote provient d’un autre point du circuit et force l’ouverture du clapet qui peut alors servir de régulateur de pression. CHAPITRE 5 6 de 39 PH6-06/CKV-04 Clapet antiretour Ouverture par pression pilote Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le schéma ci-dessus, un clapet antiretour piloté est utilisé pour le maintien d’un vérin en charge, à la manière d’une soupape d’équilibrage. Comme dans une soupape d’équilibrage, l’orifice de pression pilote est relié à la conduite A. À partir d’un certain niveau de pression dans la conduite A, le clapet antiretour est ouvert en sens inverse pour laisser échapper du liquide vers le réservoir. Cette configuration interdit tout mouvement de la charge si le distributeur de commande est manœuvré accidentellement pendant l’arrêt du système. CHAPITRE 5 7 de 39 PH6-07/DV-01 CLAPET ANTIRETOUR Fermeture par pression pilote Exemple d’application Vidage automatique d’un accumulateur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un clapet à fermeture pilotée est un clapet antiretour maintenu fermé par la pression. Lorsque la pression disparaît, le clapet s’ouvre automatiquement. Dans le schéma ci-dessus, le clapet à fermeture pilotée sert à maintenir l’accumulateur sous pression tant que la pression d’alimentation est présente. Dans ce cas, lorsque la pompe est coupée, l’accumulateur se vide automatiquement de sa pression. Notez la différence entre les deux clapets de la figure ci-dessus. L’un est un clapet antiretour standard et l’autre, un clapet à fermeture pilotée. Pour les symboles, quand la conduite de pression pilote aboutit derrière le siège, il s’agit d’un clapet à ouverture pilotée. Quand elle aboutit devant le clapet, il s’agit d’un clapet à fermeture pilotée. CHAPITRE 5 8 de 39 PH6-08/RC-001 Montage en « pont redresseur » Exemple d’application Circuit de filtration en boucle fermée Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le pont redresseur (nommé ainsi à cause de son équivalent électrique) est un circuit qui laisse passer le débit d’un circuit secondaire indépendamment du sens de circulation dans le circuit principal. Comme la pompe est réversible, le moteur hydraulique peut tourner dans les deux sens, ce qui crée un problème pour le passage du liquide par les filtres. Le pont redresseur est un ensemble de quatre clapets antiretour équivalant aux quatre diodes d’un circuit redresseur de courant alternatif (pont de Wheatstone). Si vous suivez le schéma ci-dessus, vous constaterez que le débit de liquide provenant de la pompe, dans un sens ou dans l’autre, doit traverser le filtre pour parcourir la boucle. CHAPITRE 5 9 de 39 PH6-09/AVF-01 Limiteur de vitesse réglable Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un limiteur de vitesse est un dispositif de sécurité. Sa fonction est de freiner la chute trop rapide d’un vérin, causée par une rupture de flexible ou du distributeur de commande. La descente trop rapide pourrait également être causée par une ouverture excessive du distributeur. Dans les deux cas, le limiteur permet d'empêcher la chute libre de la charge qui pourrait causer des blessures ou des dommages à l'équipement et au matériel. En général, le limiteur de vitesse est directement branché à l’orifice de sortie du vérin. Le limiteur est constitué d’un corps avec des orifices d’entrée et de sortie, usiné intérieurement pour recevoir un clapet et un ressort. Le corps forme le siège du clapet et des trous transversaux permettant l’écoulement du liquide. Le clapet est maintenu en position ouverte par un ressort. Un manchon vissé autour du corps forme une cavité annulaire entre les trous radiaux percés dans le corps. CHAPITRE 5 10 de 39 PH6-09/AVF-01 Limiteur de vitesse réglable Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En fonctionnement normal, le liquide s’écoule à partir de l’orifice de sortie, sans restriction à travers le clapet, pour l’extension de l’actionneur. Le liquide qui revient de l’actionneur traverse la soupape en contournant le clapet à ressort. Pour cela, il passe par une première série de trous radiaux du corps pour entrer dans la cavité annulaire du manchon. De là, le liquide passe par la seconde série de trous radiaux, devant le clapet pour s’écouler par l’orifice de sortie. Si le débit augmente, la première série de trous radiaux agit comme un orifice calibré. La pression augmente derrière le clapet et, à un certain point, force le clapet contre son siège en surmontant la force du ressort. L’écoulement à travers le limiteur est donc bloqué. L’interruption de l’écoulement du liquide refoulé par le vérin bloque la descente de la charge. Le limiteur de vitesse est alors en état de verrouillage hydrostatique. Pour déverrouiller le limiteur, la pression de liquide devant le clapet (côté sortie) doit être suffisante pour assurer le maintien de la charge du vérin. À ce moment, le ressort ramène le clapet à sa position normale. CHAPITRE 5 11 de 39 Accumulateurs CHAPITRE 5 12 de 39 PH7-01/ACC-04 Accumulateur hydraulique Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un accumulateur hydraulique est un accumulateur d’énergie potentielle qui contient un liquide incompressible maintenu sous pression par une source extérieure. La principale fonction des accumulateurs hydrauliques est « d’écrêter » les pointes de la demande pour permettre d’utiliser une pompe moins puissante. Le circuit peut ainsi répondre instantanément à des demandes temporaires et égaliser les pulsations de la pompe. Dans l’illustration ci-dessus, une force de 5 000 lb est appliquée à un piston de 10 pouces carrés mobile dans un corps cylindrique. Comme le liquide ne peut s’échapper de l’accumulateur, il doit supporter ce poids. Dans l’exemple ci-dessus, une force de 5 000 lb s’exerçant sur un piston de 10 po2 produit une pression de 500 lb/po2. L’accumulateur emmagasine de l’énergie sous forme de pression hydraulique qui peut être utilisée pour effectuer un certain travail. Le symbole de base d’un accumulateur est un rectangle arrondi aux deux bouts représentant la forme du corps de l’accumulateur, et un trait vertical au bas de ce corps représentant l’orifice d’entrée et de sortie de l’huile. CHAPITRE 5 13 de 39 PH7-02/ACC-05 Types d’accumulateurs hydrauliques Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un accumulateur à charge n’est autre qu’un vérin hydraulique vertical dont la charge serait placée sur le piston. Le liquide situé sous le piston est mis sous pression par la charge et peut servir à effectuer un travail. De tous les types d’accumulateurs différents, l’accumulateur à charge est le seul qui fournisse une pression constante pour toute la quantité de liquide accumulée. Le symbole d’un accumulateur à charge comprend une ligne horizontale représentant le piston et un rectangle représentant la charge. Les accumulateurs à ressort fournissent également une réserve de liquide maintenu sous pression par la force d’un ressort. Le liquide pompé dans l’accumulateur repousse le piston en comprimant le ressort. Pour les fortes pressions, il faut un ressort extrêmement puissant. Pendant l’utilisation du liquide, la pression baisse au fur et à mesure que le ressort se détend. Dans le symbole d’un accumulateur à ressort, le rectangle représentant la charge est remplacé par une ligne en zigzag représentant le ressort. CHAPITRE 5 14 de 39 PH7-03/ACC-06 Types d’accumulateurs hydrauliques Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il existe différents types d’accumulateurs hydropneumatiques : à piston, à membrane et à vessie. Dans chaque cas, c’est un gaz comprimé qui maintient la pression du liquide hydraulique. Ce gaz est généralement de l’azote. Les types les plus courants sont les accumulateurs à piston et à vessie. Le symbole pour tous les accumulateurs hydropneumatiques est le même que pour les accumulateurs « mécaniques », mais avec un triangle pointe en bas au lieu d’un rectangle (charge) ou d’un zigzag (ressort). Le trait horizontal représente le piston, la membrane ou la vessie. CHAPITRE 5 15 de 39 PH7-04/ACC-07 Accumulateur hydropneumatique à piston Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ O I L L’accumulateur hydropneumatique à piston est constitué d’un vérin dans lequel coulisse un piston séparant l’azote de l’huile. Le piston est muni de joints pour isoler les deux chambres du vérin. La chambre côté huile comporte un orifice de raccordement au système hydraulique. L’extrémité opposée de l’accumulateur est munie d’une valve de précharge (analogue à une valve de pneu). C’est par cette valve que l’azote est introduit dans l’accumulateur à une pression prédéterminée (précharge). La manière dont les extrémités sont fixées au piston détermine la possibilité de réparation. Certains accumulateurs de construction soudée ne sont pas réparables. CHAPITRE 5 16 de 39 PH7-05/ACC-01 Accumulateur hydropneumatique à vessie Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ O I L L’accumulateur hydropneumatique à vessie comprend une enveloppe de forme cylindrique à bouts hémisphériques. Il contient une vessie en caoutchouc synthétique munie d’une valve de précharge qui sort à l’extrémité du corps de l’accumulateur. L’autre extrémité est munie d’un orifice fileté et d’un clapet à ressort. Le rôle du clapet est d’éviter que la vessie sous pression soit « extrudée » par l’orifice de sortie lorsqu’il n’y a pas d’huile. CHAPITRE 5 17 de 39 PH7-06/ACC-03 Accumulateur hydropneumatique à vessie Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En considérant la première figure à gauche, on voit que la vessie préchargée remplit tout l’intérieur de l’accumulateur et applique le clapet contre son siège. À noter que le clapet n’est pas une soupape, mais un dispositif protégeant la vessie contre d’éventuels dommages. Lorsque la pression du système hydraulique est égale à celle de l’accumulateur, l’huile remplit le corps de l’accumulateur en comprimant l’azote, comme illustré sur la deuxième figure. À ce point, la pression de l’azote et de l’huile hydraulique augmente parallèlement à la pression de travail du système. Si le système hydraulique a besoin d’un supplément de débit, l’accumulateur fournit du liquide à la pression du gaz dans la vessie. Lorsqu’il n’y a plus d’huile dans l’accumulateur, la vessie vient s’appliquer contre le clapet qui se ferme. La quantité de liquide que l’accumulateur peut contenir dépend de la pression de précharge d’azote. Plus la précharge est forte, moins l’accumulateur peut contenir de liquide (voir la page suivante). Certaines mesures de sécurité doivent être observées avec les accumulateurs hydrauliques à vessie. CHAPITRE 5 18 de 39 PH7-07/ACC-09 Détermination du volume utile d’un accumulateur (Tableau des performances – exemple d’un accumulateur de 1 gallon (231 po3) PRESSION D’OUVERTURE - lb/po2 (manomètre) Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 5 19 de 39 PH7-08/ACC-02 Accumulateurs hydropneumatiques Exemples d’applications Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans un système hydraulique, un accumulateur peut remplir diverses fonctions. Dans le premier schéma, l’accumulateur est monté de manière à maintenir la pression du système. Dans le schéma au centre, il sert de réserve de pression pour répondre à la demande le temps que la pompe établisse la pression nécessaire. Dans le troisième schéma, plusieurs accumulateurs sont disposés pour absorber les chocs hydrauliques au moment où le distributeur de commande l’inversion du mouvement du vérin. CHAPITRE 5 20 de 39 Méthode de précharge d’un accumulateur hydropneumatique à l’azote NOTA Ces recommandations sont d’ordre général. Certains fabricants peuvent imposer l’utilisation d’un appareil de précharge spécial ou d’opérations supplémentaires. Consultez les instructions du fabricant pour des instructions complètes. Les accumulateurs sont utilisés dans de nombreux systèmes hydrauliques. Leurs fonctions sont déterminées par l’application du système. Utilisations possibles : a. accumulation d’énergie (potentielle); b. appoint de débit; c. maintien de la pression; d. amortissement des chocs hydrauliques; e. amortissement des pulsations de la pompe. Un accumulateur est un dispositif qui emmagasine de l’énergie potentielle sous la forme d’un gaz comprimé exerçant une force sur un liquide relativement incompressible. La procédure de précharge comprend les opérations suivantes : a. Déterminer l’état de la vessie ou des joints de piston de l’accumulateur. b. Déterminer la pression de précharge actuelle. c. Suivre les étapes de la procédure de précharge recommandées. d. Consignes de sécurité pour le travail sur les accumulateurs hydropneumatiques. CHAPITRE 5 21 de 39 POUR EFFECTUER LA PRÉCHARGE, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT SUIVANT Attention! Les plages de pression et de débit de l’équipement de diagnostic à utiliser au cours de la procédure d’essai doivent être égales ou supérieures aux pressions et aux débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas du système pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Appareil de précharge d’accumulateur 2. Flexibles et raccords de précharge 3. Régulateur de pression de la bouteille d’azote 4. Bouteille d’azote – forme sous laquelle l’azote est fourni dans le commerce. Une bouteille d’azote pleine est généralement à une pression d’environ 2 000 lb/po2 (138 bars), ce qui est suffisant pour la précharge de la plupart des accumulateurs. 1. Travailler sur des appareils contenant du gaz sous pression comporte des risques inhérents. Lisez TOUTES les informations de sécurité du fabricant avant d’entreprendre les procédures d’entretien. 2. La formation sur les accumulateurs doit être donnée par une personne qualifiée en matière d’entretien des accumulateurs. 3. Observez le manomètre mesurant la pression du système. Commencez par relâcher la pression résiduelle qui peut être maintenue dans le système par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, une soupape antiretour pilotée, une charge s’exerçant sur un actionneur, un intensificateur de pression ou un réservoir sous pression. 4. Il y a généralement un clapet antiretour entre l’accumulateur et la pompe. Son rôle est d’empêcher que la pression de l’accumulateur ne s’échappe à travers la pompe quand le moteur est arrêté. Le retour de liquide par l’orifice de refoulement de la pompe peut endommager la pompe, les filtres haute pression et les crépines d’aspiration. Un manomètre monté entre la pompe et le clapet antiretour n’indiquera pas la pression qui règne en aval du clapet. Si le système n’est pas équipé d’un dispositif automatique ou manuel de décharge de l’accumulateur, il faut évacuer la pression restant dans le système en faisant fonctionner un actionneur associé à l’accumulateur. Pour cela, le groupe hydraulique doit être arrêté. . CHAPITRE 5 22 de 39 5. Pour charger les accumulateurs, n’utilisez que de l’azote « sec », c’est-à-dire déshuilé. N’utilisez jamais de l’air comprimé ou de l’oxygène, sauf si le fabricant de l’accumulateur le recommande. Un mélange d’oxygène et d’huile risque de s’enflammer sous l’effet de la chaleur provoquée par la compression rapide du gaz (compression adiabatique). 6. Les bouteilles de gaz haute pression comportent un chapeau en métal vissé sur le haut de la bouteille pour protéger le robinet d’arrêt des dommages accidentels en cours de manutention. N’enlevez pas ce chapeau tant que la bouteille n’est pas solidement fixée. Replacez le chapeau immédiatement après la précharge de l’accumulateur, avant de déplacer la bouteille. 7. N’approchez pas les mains, le visage ou toute autre partie du corps de la valve de précharge de l’accumulateur. Le fait d’appuyer sur l’obturateur de la valve peut libérer du gaz sous haute pression dans l’atmosphère. Un jet de gaz ou d’huile haute pression peut facilement pénétrer la peau ou entrer dans les yeux, en causant des blessures sérieuses qui peuvent entraîner l’amputation d’un membre ou même la mort. Si les joints du piston, la vessie ou la membrane de l’accumulateur sont percés, la valve de précharge peut laisser échapper un jet d’huile à grande vitesse. Pour la sécurité des opérations, consultez la figure 1 qui indique la disposition et le raccordement corrects de l’équipement de précharge. Étape 1. Arrêtez le moteur de la pompe hydraulique. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique et étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Amenez la bouteille d’azote en position, à proximité de l’accumulateur, et fixez-la solidement. Étape 4. La valve de précharge est protégée par une ferrure fixée à l’accumulateur, ou par un bouchon vissé. Il faut retirer cette ferrure ou ce chapeau pour pouvoir accéder à la valve. Étape 5. Avant d’installer le dispositif de précharge (1) sur la valve de précharge (D), vérifiez si la chambre du gaz n’est pas contaminée par de l’huile. Cela pourrait se produire en cas de défaillance des joints du piston, de la vessie ou de la membrane. Pour cela, appuyez sur l’obturateur de la valve avec un outil approprié en prenant soin de garder les mains, le visage et le corps loin du jet qui risque de sortir. Si de l’huile sort par la valve, l’accumulateur doit être réparé ou remplacé. S’il n’y a pas trace d’huile dans l’échappement de la valve, continuez la procédure de précharge. . PRÉPARATION PROCÉDURE CHAPITRE 5 23 de 39 Figure 1- Disposition et branchement de l’équipement de diagnostic CHAPITRE 5 24 de 39 Étape 6. Montez le dispositif de précharge (1) sur la valve de l’accumulateur. Vissez à fond. Étape 7. Branchez l’une des extrémités du flexible de précharge (2) au régulateur de pression (3) de la bouteille d’azote. Serrez à fond. NOTA. Le flexible de précharge doit être muni d’un écrou à garniture d’étanchéité s’adaptant sur le régulateur de la bouteille. Le pas standard pour les bouteilles d’azote nord-américaines est 29/32-14 avec filetage à gauche. Étape 8. Branchez l’autre bout du flexible de précharge (2) au tube d’entrée du dispositif de précharge (1). Serrez à fond. Étape 9. Ouvrez le robinet de purge (B) du dispositif de précharge (1) de l’accumulateur. Ouvrez très légèrement le robinet du régulateur (3) pour purger tout l’air du flexible (2). Après la purge, refermez le robinet du régulateur (3) et le robinet de purge (B). Étape 10. Une poignée en « T » spéciale (C) s’adapte sur la valve de précharge (1) (voir détail de la figure 13-1). La poignée en « T » tournée dans le sens horaire ouvre la valve et permet à la pression de l’accumulateur d’entrer dans le dispositif de précharge. La pression de précharge actuelle est alors indiquée par le manomètre (A). Tournez la poignée vers la droite et notez la pression lue. Étape 11. Si la pression indiquée par le manomètre est dans les tolérances des spécifications du fabricant, l’opération est terminée et vous pouvez retirer le dispositif de précharge (1) en procédant comme suit. NOTA Si la pression de précharge est basse, passez directement à l’étape 12. a. Refermez la valve en tournant la poignée en T dans le sens antihoraire. b. Relâchez la pression résiduelle dans le dispositif de précharge et le flexible en ouvrant le robinet de purge du dispositif de précharge. c. Débranchez le flexible de précharge du dispositif de précharge. d. Retirez le dispositif de précharge de la valve de précharge de l’accumulateur. e. Revissez le bouchon de la valve de précharge. f. Installez le chapeau de protection sur la valve de précharge. g. Débranchez le flexible de précharge de la bouteille d’azote. h. Revissez le chapeau de protection sur le robinet de la bouteille d’azote. i. Rangez la bouteille d’azote en sécurité. À quelle pression un accumulateur doit-il être préchargé? En général, la pression de précharge est recommandée par le fabricant de l’accumulateur. À défaut d’information à cet égard, on peut appliquer la règle empirique suivante : l’accumulateur doit être préchargé à 50 % de la valeur de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur. Si l’accumulateur est neuf ou si sa vessie a été remplacée, versez une certaine quantité d’huile par l’orifice de raccordement de l’accumulateur. Cette huile servira de coussin et de lubrifiant pour protéger la vessie pendant qu’elle se gonfle à l’intérieur de l’enveloppe. Une précharge initiale de 50 lb/po2 (3,45 bars) doit être établie lentement. Ces précautions sont destinées à éviter une rupture prématurée de la vessie. En effet, en se détendant rapidement, l’azote sous pression produit du froid, ce qui peut rendre la vessie dégonflée fragile et entraîner son éclatement. Dans les accumulateurs qui possèdent un clapet anti-extrusion, la vessie pourrait être forcée sous le clapet, ce qui risque de la déchirer ou de la couper. Si la pression de précharge est trop forte, la vessie peut être poussée dans le clapet, ce qui risque d’entraîner une rupture du ressort de rappel. La vessie pourrait aussi être pincée ou coupée lorsque CHAPITRE 5 25 de 39 le clapet se referme. La principale cause de défaillance des vessies est une pression de précharge excessive ou trop rapide. Étape 12. Réglez la pression du régulateur (3) de la bouteille d’azote (4) à environ 100 lb/po2 (6,9 bars) au-dessus de la pression de précharge recommandée. Étape 13. Ouvrez et fermez le robinet du régulateur (3) pour charger progressivement l’accumulateur. Cessez la précharge lorsque le manomètre indique environ 100 lb/po2 (6,9 bars) de plus que la pression de précharge recommandée. NOTA. La détente de l’azote sortant de la bouteille provoque un refroidissement du gaz. Étape 14. Quand la pression de précharge est atteinte, laissez la température du gaz s’égaliser pendant un certain temps. Vérifiez la pression indiquée par le manomètre du dispositif de précharge. Étape 15. Refermez à fond le robinet du régulateur de pression (3) de la bouteille d’azote (4). Étape 16. Ouvrez très légèrement le robinet de purge « B » pour abaisser graduellement la pression à la valeur recommandée pour la précharge. Étape 17. Tournez la poignée en « T » du dispositif de précharge (1) à fond dans le sens antihoraire. L’obturateur de la valve se referme et empêche l’échappement de l’azote lorsque le dispositif de précharge (1) est démonté de l’accumulateur. Étape 18. Ouvrez le robinet de purge (B) pour laisser échapper toute pression résiduelle dans le flexible et le dispositif de précharge. Étape 19. Débranchez le flexible (2) du dispositif de précharge (1). Étape 20. Revissez le bouchon de la valve en le serrant à fond. Étape 21. Débranchez le flexible de précharge (2) du régulateur (3) de la bouteille d’azote. Étape 22. Retirez le dispositif de précharge (1) de la valve de l’accumulateur. Étape 23. Préparez une petite quantité d’eau savonneuse. Versez cette solution sur la valve de précharge pour vérifier qu’il n’y a pas de fuites. Toute fuite produira des bulles. Étape 24. Revissez le bouchon sur la valve de précharge. Serrez-le à fond. Étape 25. Vissez le chapeau protecteur sur la valve de précharge. Serrez-le à fond. Étape 26. Vissez le chapeau protecteur sur le robinet d’arrêt de la bouteille d’azote. CHAPITRE 5 26 de 39 Causes fréquentes de défaillance d’un accumulateur TYPE À PISTON Pression de précharge excessive Une pression de précharge d’azote trop forte amènera le piston en contact avec le bas du vérin lorsque la pression du système est basse. Pression de précharge trop faible Une basse pression de précharge d’azote laissera le piston venir en butée dans le haut de l’accumulateur, ce qui peut causer des dommages. En général, le piston restera dans cette position sans causer d’autres détériorations après le contact initial. Montage incorrect ou pollution La position optimale d’un accumulateur est verticale, avec son orifice d’huile en bas. Si un accumulateur est monté horizontalement, il se comportera comme un réservoir. Les particules solides entrant avec le liquide auront tendance à sédimenter dans le bas du vérin. La forme de l’accumulateur et la position de l’orifice d’huile rendent difficile l’évacuation des contaminants. L’accumulation de particules solides peut causer une usure prématurée des joints du piston ou des rayures dans la paroi du vérin en se comportant comme des abrasifs lors des mouvements du piston. L’ampleur des dommages et la durée de vie des joints du piston dépendent de la propreté de l’huile et de la fréquence des cycles. Montage incorrect – serrage excessif du vérin Un accumulateur à piston est généralement monté au moyen de colliers serrant l’extérieur du vérin. Si le serrage est excessif, le vérin peut se déformer et coincer le piston. Même si le piston ne coince pas, une déformation minime peut causer une usure inégale ou accélérée des joints et de la paroi du vérin. TYPE À VESSIE Pression de précharge excessive Une pression de précharge d’azote excessive peut forcer la vessie dans le mécanisme du clapet, ce qui risque de causer une défaillance du ressort et du clapet. La vessie peut également être endommagée si elle est engagée sous le clapet quand celui-ci se ferme. Pression de précharge trop faible Une pression de précharge trop basse peut permettre à la vessie d’être écrasée dans le haut de l’enveloppe d’acier et d’être « extrudée » dans la valve de précharge. Un seul cycle est alors suffisant pour déchirer ou couper la vessie. Montage incorrect Si l’accumulateur est monté en position horizontale, la vessie peut être endommagée par le frottement sur le haut de l’enveloppe alors qu’elle flotte sur l’huile. Idéalement, accumulateur devrait être monté en position verticale avec son orifice d’huile en bas. Si l’accumulateur est monté horizontalement, il se comportera comme un réservoir. Les particules solides entrant avec le liquide auront tendance à se déposer au bas de l’enveloppe. La forme de l’accumulateur et la position de l'orifice d'huile rendent difficile l'évacuation des contaminants. L’accumulation de particules solides peut causer une usure prématurée de la vessie qui frotte sur les particules abrasives, contre l’enveloppe. L’ampleur des dommages et la durée de vie de la vessie dépendent de la propreté de l’huile, de la fréquence des cycles et des pressions maximale et minimale du système. CHAPITRE 5 27 de 39 Actionneurs hydrauliques CHAPITRE 5 28 de 39 PH8-01/CYL-09a Direction de la course d’un vérin Pour la course aller du vérin, le circuit du liquide part du réservoir (vert), passe par la pompe, traverse le distributeur de commande et aboutit à la chambre côté culasse du vérin (rouge). Le liquide sous pression entrant dans le vérin force son piston à avancer. Le liquide présent dans la chambre côté tige (bleu) est refoulé vers le distributeur de commande directionnelle. Il traverse ensuite le filtre avant de revenir au réservoir. Une soupape de surpression est montée en parallèle avec ce circuit. Si la pression dépasse le réglage de la soupape, comme cela peut se produire lorsque le piston arrive en fin de course, l’excédent de liquide (noir) s’écoule vers le réservoir. CHAPITRE 5 29 de 39 Accumulateurs hydropneumatiques Exemples d’applications Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pendant la course retour du vérin, le liquide s’écoule du réservoir (vert) vers la pompe, traverse le distributeur de commande directionnelle et aboutit à la chambre côté tige du vérin (rouge). Le liquide sous pression entrant dans le vérin force le piston vers l’intérieur. Le liquide contenu dans la chambre fermée du vérin est refoulé vers le distributeur de commande directionnelle (bleu), puis traverse le filtre et revient au réservoir. Une soupape de surpression est montée en parallèle avec ce circuit. Si la pression dépasse le réglage de la soupape, comme cela peut se produire lorsque le piston arrive en fin de course, l’excédent de liquide (noir) s’écoule vers le réservoir. CHAPITRE 5 30 de 39 PH8-02/CYL-12 Types courants de vérins Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Voici les principaux types de vérins et leur description. Double effet. C’est un vérin fonctionnant dans les deux sens. Sur l’illustration, il n’a qu’une seule tige de piston, mais il peut y en avoir deux. Simple effet. C’est un vérin qui fonctionne dans une seule direction, avec un ressort de rappel du piston. Double tige. Ce type de vérin à double effet comporte une tige de piston sortant aux deux bouts. Cette caractéristique permet au piston de pousser ou de tirer des deux côtés à la fois. Le vérin développe la même force dans les deux sens. Vérin tandem. C’est un vérin composite contenant deux pistons en ligne, montés sur la même tige, alimentés par des orifices séparés. Vérin duplex. Semblable au vérin tandem, mais avec des pistons indépendants qui agissent sur la même tige extérieure. CHAPITRE 5 31 de 39 PH8-02/CYL-12 Types courants de vérins Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Vérins télescopiques. Ce genre de vérin combine une très longue course et un encombrement réduit. Les vérins télescopiques sont généralement utilisés sur les camions à benne basculante et les chariots élévateurs à fourche. Vérin à piston plongeur. C’est un vérin dont le piston et la tige forment un ensemble cylindrique. Les vérins à piston plongeur sont utilisés dans les applications nécessitant une faible course comme dans les équipements de redressement de carrosserie et les plateformes élévatrices pour automobiles. Une version à longue course est utilisée pour les ponts élévateurs dans les garages. CHAPITRE 5 32 de 39 PH8-03/CYL-07 Types de charge de vérins Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les vérins hydrauliques sont soumis à deux types de charges. Les charges de tension correspondent à une traction et les charges de compression, à une poussée. Un exemple de vérin soumis à une charge de tension : le vérin de traction en charge de la lame d’un bulldozer. Une charge de compression correspondrait par exemple à la poussée de la lame dans la terre. CHAPITRE 5 33 de 39 PH8-04/CYL-06a Synchronisation de deux vérins Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour synchroniser les mouvements de deux vérins, un limiteur de débit est placé à la sortie de chaque vérin. Il est ainsi possible de régler le débit, c’est-à-dire la vitesse de chaque vérin, de manière indépendante. Dans l’illustration ci-dessus, les limiteurs de débit sont représentés par leur symbole. Les deux lignes incurvées représentent l’orifice calibré et la flèche à 45 degrés, la vis de réglage. La vis de réglage permet de faire varier les dimensions de l’orifice d’écoulement. CHAPITRE 5 34 de 39 PH8-05/CYL-04 Circuit régénératif Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 5 35 de 39 PH8-06/CYL-01 Vérin à amortisseur Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un vérin peut être muni de dispositifs d’amortissement évitant le choc du piston sur le fond du vérin, en bout de course. Cet amortissement peut être réalisé de différentes manières, par exemple au moyen d’un butoir en caoutchouc synthétique, ou par des systèmes hydrauliques plus sophistiqués. Une méthode simple pour ralentir le piston en bout de course est de le munir d’un plongeur d’amortissement qui vient bloquer l’écoulement normal de l’huile hors de la chambre pour le dévier par un passage restreint. Le reste du liquide est obligé de s’écouler par le passage à débit limité, réglable au moyen d’une soupape à pointeau. L’ensemble se comporte comme un limiteur de débit ordinaire. Certains vérins ont des dispositifs d’amortissement dans les deux sens. CHAPITRE 5 36 de 39 PH8-07/CYL-05 Régleurs de course Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un régleur de course permet de limiter la course d’un vérin. Il existe de nombreuses méthodes pour limiter la course allant de dispositifs électriques ou électroniques de réduction du débit d’huile, à une simple butée mécanique constituée par une tige filetée dont la position est réglable. CHAPITRE 5 37 de 39 PH8-08/CYL-03 Drain de presse-étoupe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ De nombreux vérins hydrauliques utilisent des garnitures d’étanchéité multiples formant un « presse- étoupe » autour de la tige. Ces joints multiples sont spécialisés, certains servent à éviter les fuites d’huile sous pression, d’autres empêchent l’entraînement de particules abrasives fines le long de la tige. Il est courant de prévoir un drain pour laisser échapper les petites fuites de liquide qui se produisent entre les joints, de façon à éviter que la pression provoque une rupture de certains d’entre eux. CHAPITRE 5 38 de 39 PH8-09/MTR-01 Moteur hydraulique à couple élevé et basse vitesse Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Jusqu’ici, nous n’avons parlé que des actionneurs linéaires (les vérins). Une autre classe importante est celle des actionneurs rotatifs ou moteurs hydrauliques. Un actionneur rotatif convertit l’énergie hydraulique en un couple de rotation pour effectuer un travail. Il existe de nombreux types de moteurs, dont celui de la figure ci-dessus qui produit un fort couple à basse vitesse. CHAPITRE 5 39 de 39 PH8-10/MTR-01 Force des vérins hydrauliques Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Réservoirs hydrauliques, refroidisseurs d’huile, flexibles et raccords Réservoirs hydrauliques.................................................1 Refroidisseurs d’huile .....................................................3 Flexibles hydrauliques ....................................................7 CHAPITRE 6 1 de 11 PH9-01/RES-01 Réservoir ou bâche hydraulique Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un réservoir hydraulique (aussi appelé bâche hydraulique) contient le volume de liquide nécessaire au fonctionnement du système hydraulique. Il a aussi d’autres fonctions relatives au traitement de l’huile. Le réservoir est essentiellement un récipient muni d’un voyant de niveau, d'un couvercle d'accès pour le nettoyage, d'un bouchon de vidange, d’un bouchon de remplissage avec mise à l’air libre intégré ou non, de chicanes ou déflecteurs intérieurs et de tuyauteries d’aspiration, de retour et de retour des fuites. Le fond du réservoir est de forme concave et il est monté par des pieds sur une plaque. Les éléments constitutifs du réservoir dépendent largement de l’application envisagée. Le symbole ANSI d’un réservoir ouvert est celui d’un plateau à rebords. Pour les réservoirs fermés et sous pression, le symbole est un rectangle avec un régulateur de pression. CHAPITRE 6 2 de 11 PH9-02/RES-01a Types de réservoirs hydrauliques Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le réservoir peut être muni de cloisons internes formant des chicanes pour séparer l’entrée de la pompe de la tuyauterie de retour du système. Le rôle de ces chicanes est de forcer le liquide à s’écouler de manière indirecte entre le retour et l’aspiration. Ce cheminement donne le temps à l’eau, à l’air et aux débris de se séparer de l’huile. Les chicanes assurent aussi un meilleur refroidissement. Les trois types ci-dessus sont courants dans les applications industrielles. Dans les véhicules, les réservoirs sont faits sur mesure pour occuper des volumes qui seraient normalement perdus et pour rendre l’engin aussi compact que possible. Il arrive souvent que des structures tubulaires, comme des bras de chargement ou des longerons, soient fermées pour créer un réservoir intégré à la machine. CHAPITRE 6 3 de 11 PH9-03/RES-02 Refroidisseur air-huile Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Avant d’être renvoyé dans le système, le liquide hydraulique doit généralement être refroidi. Si le liquide revient rapidement au réservoir, il faut trouver un moyen d’abaisser sa température. Le refroidisseur ci-dessus, aussi appelé radiateur, est un échangeur de chaleur entre l’huile et l’air. Le symbole générique d’un refroidisseur est un carré posé sur un sommet et traversé par un trait horizontal. Des triangles dans les coins supérieur et inférieur complètent le symbole. Le symbole comprend les éléments suivants : a) le carré représentant la forme de l’échangeur; b) le trait horizontal représentant le passage de l’huile; c) les triangles noirs pointant vers l’extérieur pour représenter la chaleur dissipée. Les triangles blancs attachés au bas du symbole de base représentent l’air qui est utilisé comme fluide de refroidissement. CHAPITRE 6 4 de 11 PH9-04/RES-02a Refroidisseur eau-huile Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’exemple ci-dessus est un refroidisseur à circulation d’eau (souvent le liquide de refroidissement du moteur) qui absorbe la chaleur de l’huile. L’huile hydraulique circule dans les tubes (serpentins) et le liquide de refroidissement circule autour des tubes. Dans le cas d’un véhicule, la chaleur extraite de l’huile est ensuite transportée au radiateur et évacuée dans l’air. Les triangles noirs attachés au bas du symbole de base représentent l’eau qui est le milieu de refroidissement. CHAPITRE 6 5 de 11 PH9-05/RES-02b Refroidisseur air-huile En circuit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le schéma ci-dessus, le refroidisseur est incorporé au circuit hydraulique. L’huile revient au réservoir à travers le refroidisseur. Le fait d’abaisser la température de l’huile permet de prolonger la durée de vie de l’équipement. CHAPITRE 6 6 de 11 PH9-06/SYM-24b Réchauffeur d’huile hydraulique Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 6 7 de 11 PH9-07/HOS-04 Flexibles hydrauliques Précaution de sécurité On peut affirmer que 99 % des ruptures de flexibles ou de raccords sont dues à un mélange de marques incompatibles. Avant d’utiliser des raccords de marques différentes, consultez le fabricant du flexible ou du raccord. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les ruptures de tuyauteries hydrauliques se produisent la plupart du temps au raccord et au niveau des flexibles. Elles sont le plus souvent dues à un mélange de produits de marques différentes. Les fabricants de flexibles offrent une gamme de raccords destinés à être utilisés avec leurs produits. Dans la plupart des cas, ils précisent que la garantie est annulée en cas d’utilisation de pièces de marques différentes sans leur consentement explicite pour une configuration particulière. Cette situation crée des risques sérieux pour la sécurité. Le plus souvent, la personne qui est blessée n’est pas celle qui a effectué le montage avec des pièces mal appariées. Suivez toujours les recommandations des fabricants pour la réparation ou le remplacement de flexibles et de raccords hydrauliques. CHAPITRE 6 8 de 11 PH9-13/HOS-01 SAE 100R1 Type A – Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, d’une tresse métallique de renfort, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. Une nappe ou une tresse de matériau approprié peut être ajoutée sur ou sous le renfort de fils métalliques pour promouvoir l’adhésion du caoutchouc synthétique au métal. Type AT- Ce flexible est de même construction que le type A, sauf qu’il comporte une gaine conçue pour la pose de raccords sans qu’il soit nécessaire de dénuder la gaine partiellement ou complètement. SAE100R2 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, de renforts de fils métalliques selon les types décrits ci-dessous, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. Une nappe ou une tresse de matériau approprié peut être ajoutée sur ou sous le renfort de fils métalliques pour promouvoir l’adhésion du caoutchouc synthétique au métal. Type A – Ce flexible comporte deux tresses métalliques de renfort. Type B – Ce flexible comporte deux nappes de fils en hélice et une tresse métalliques de renfort. Type AT – Ce flexible est de même construction que le type A, sauf qu’il comporte une gaine conçue pour la pose de raccords sans qu’il soit nécessaire de dénuder la gaine partiellement ou complètement. Type BT – Ce flexible est de même construction que le type B, sauf qu’il comporte une gaine conçue pour la pose de raccords sans qu’il soit nécessaire de dénuder la gaine partiellement ou complètement. SAE100R3 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, de deux tresses de fil textile approprié, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. SAE100R4 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, d’un renfort composé d’une ou plusieurs nappes de fibres textiles tissées ou tressées avec des fils métalliques appropriés enroulés en hélice, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. SAE100R5 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et de deux tresses textiles séparées par une tresse de fils d’acier à haute résistance. Toutes les tresses doivent être imprégnées de caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux moisissures. SAE100R6 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, d’une nappe tressée de fil textile approprié, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. SAE100R7 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant aux huiles hydrauliques, d’un renfort de fibres synthétiques et d’une gaine thermoplastique résistant aux huiles hydrauliques et aux intempéries. SAE100R8 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant aux huiles hydrauliques, d’un renfort de fibres synthétiques appropriées et d’une gaine thermoplastique résistant aux huiles hydrauliques et aux intempéries. SAE100R9 Type A – Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, de 4 nappes de fils métalliques enroulées en hélice dans des directions alternées, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. Une nappe ou une tresse de matériau approprié peut être ajoutée sur ou sous le renfort de fils métalliques pour promouvoir l’adhésion du caoutchouc synthétique au métal. Type AT – Ce flexible est de même construction que le type A, sauf qu’il comporte une gaine conçue pour la pose de raccords sans qu’il soit nécessaire de dénuder la gaine partiellement ou complètement. SAE100R10 Type A – Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, de 4 nappes de fils métalliques forts enroulées en hélice dans des directions alternées, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. Une nappe ou une tresse de matériau approprié peut être ajoutée sur ou sous le renfort de fils métalliques pour promouvoir l’adhésion du caoutchouc synthétique au métal. Type AT – Ce flexible est de même construction que le type A, sauf qu’il comporte une gaine conçue pour la pose de raccords sans qu’il soit nécessaire de dénuder la gaine partiellement ou complètement. SAE100R11 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, de 6 nappes de fils métalliques forts enroulées en hélice dans des directions alternées, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. Une nappe ou une tresse de matériau approprié peut être ajoutée sur ou sous le renfort de fils métalliques pour promouvoir l’adhésion du caoutchouc synthétique au métal. SAE100R12 Ce flexible est constitué d’un tube intérieur en caoutchouc synthétique résistant à l’huile, de 4 nappes de fils métalliques forts enroulées en hélice dans des directions alternées, et d’une gaine extérieure en caoutchouc synthétique résistant à l’huile et aux intempéries. Une nappe ou une tresse de matériau approprié peut être ajoutée sur ou sous le renfort de fils métalliques pour promouvoir l’adhésion du caoutchouc synthétique au métal. CHAPITRE 6 9 de 11 PH9-14/HOS-03 Avantages et inconvénients des flexibles, comparés aux tubes d’acier AVANTAGES • Souplesse permettant de contourner des obstacles et de faciliter l’installation avec une réduction considérable des frais de main- d’œuvre. • Faciles à fabriquer en utilisant les techniques et les machines de sertissage du commerce. • Pour le remplacement, les flexibles sont considérablement plus faciles à obtenir et, généralement, moins coûteux à l’usage. • Moins sensibles aux vibrations et à la fissuration. • Les applications préférées sont la liaison d’un orifice à un autre ou des configurations d’acheminement délicates. • Préférés pour le travail par temps froid à cause de leurs propriétés isolantes. • Écoulement plus laminaire à cause des intempéries de la courbe plus graduelle des changements de direction. INCONVÉNIENTS • Les flexibles sont moins résistants à haute pression. • La dissipation de chaleur est réduite. • Les flexibles sont plus lourds que les tubes. • Ne conviennent pas aux applications où la tuyauterie doit décrire des coudes serrés. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 6 10 de 11 PH9-15/HOS-002 Avantages et inconvénients des tubes d’acier, comparés aux flexibles AVANTAGES • Peuvent supporter des pressions dépassant 6 000 lb/po2 (413,8 bars). • Dissipent mieux la chaleur. • Moins coûteux par l’achat de grandes quantités de tubes. • Possibilité de coudes plus serrés. • Plus légers (important sur les flèches de grande longueur). • Peuvent être utilisés à des températures ambiantes plus élevées. • Durée de vie normalement plus longue. INCONVÉNIENTS • Montage coûteux en main-d’œuvre à cause des raccords brasés. • Le cintrage des tubes demande une main-d’œuvre qualifiée et des outillages spéciaux. • L’installation dans des applications existantes peut être extrêmement délicate. • Plus sensibles aux vibrations et à la fissuration. • Lorsqu’on utilise des tubes préformés, les raccordements doivent être exactement comme le tube d’origine pour éviter des contraintes dans les raccords. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 6 11 de 11 PH9-16/SH-03 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ BRIDE EN DEUX PARTIES Distributeurs de commande directionnelle Introduction ............................................................................................... 1 Distributeurs de commande directionnelle ............................................ 4 Distributeurs à débit proportionnel....................................................... 35 Distributeurs de commande mobile ...................................................... 36 Soupapes Power Logic........................................................................... 44 Distributeur de direction Orbitrol .......................................................... 49 CHAPITRE 7 1 de 53 PH10-02/DCV-36 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les distributeurs de commande directionnelle se répartissent en cinq catégories générales : 1) électrodistributeurs 2) distributeurs mobiles 3) distributeurs proportionnels 4) soupapes Power Logic 5) distributeurs de direction Orbitrol Chacun de ces types a ses caractéristiques particulières et ses utilisations que nous allons étudier dans ce chapitre. CHAPITRE 7 2 de 53 PH10-03/DCV-30 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Les distributeurs de commande directionnelle gèrent l’établissement, l’interruption et le contrôle directionnel des débits de liquide. Leurs utilisations comprennent : 1. la commande marche/arrêt d’un actionneur 2. le changement de sens du mouvement d’un actionneur 3. l’actionnement des soupapes pilotées 4. la limitation du débit en fonction de la direction 5. la pressurisation/dépressurisation des circuits 6. la régulation de la vitesse Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les distributeurs constituent le poste de conduite d’un engin ou d’une machine. Ils reçoivent des commandes de l’opérateur et dirigent le liquide, avec le débit nécessaire, vers un endroit précis du système pour effectuer l’une des tâches particulières indiquées ci-dessus. CHAPITRE 7 3 de 53 PH10-04/DCV-37 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Révision des symboles CHAPITRE 7 4 de 53 PH10-05/DCV-TC-01 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE CENTRE TANDEM Utilisation type : circuit de commande de vérin (appelé parfois « tiroir de vérin ») Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les distributeurs à centre tandem sont des distributeurs à quatre voies et trois positions que l’on désigne souvent sous le nom de « tiroirs de commande pour vérins ». En fait, ce type de distributeur sert le plus souvent à commander des vérins. Il permet de commander l’extension ou la rétraction d’un vérin et assure un verrouillage hydrostatique permettant d’immobiliser une charge. Quand le tiroir du distributeur est centré, il ferme les débits des deux tuyauteries du vérin. Simultanément, le débit de la pompe est dérivé vers l’orifice de sortie pour un retour direct au réservoir. Il est économe en énergie, car il ne crée pas de pression inutile, et ne produit pas d’échauffement supplémentaire en laissant échapper le débit de la pompe à travers une soupape de surpression. Ce type de distributeur est très utilisé sur les équipements lourds, car il assure le verrouillage hydraulique du vérin dès que son tiroir est centré. CHAPITRE 7 5 de 53 PH10-06/DCV-TC-03 Distributeur à centre tandem Utilisation type : circuits en série Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’utilisation de vérins tandem dans un circuit série crée une résistance à l’écoulement sans qu’aucun des distributeurs soit actionné. Ceci est dû au fait que le liquide doit traverser un ou plusieurs distributeurs avant de revenir au réservoir. En fonctionnement, une seule des trois fonctions peut être commandée à un moment donné. Si l’opérateur agit sur deux ou plusieurs tiroirs pour commander simultanément les différentes fonctions, il provoquera probablement une surcharge du système. CHAPITRE 7 6 de 53 PH10-07/DCV-OC-01 Distributeur à centre ouvert Utilisation type : commande d’un moteur réversible (parfois appelé « tiroir de moteur ») Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En position centrée, les distributeurs à centre ouvert mettent leurs quatre orifices en communication les uns avec les autres, ainsi que la pompe et le réservoir. Cette conception est parfois appelée « tiroir de moteur » et, comme son nom l’indique, sert généralement à commander les moteurs hydrauliques. Avec un tel tiroir, il n’y a pas de verrouillage hydraulique du vérin et, s’il est utilisé avec un moteur, il permet la rotation « en roue libre ». Le moteur ne peut donc pas immobiliser la charge, mais il est parfois avantageux de lui permettre de s’arrêter progressivement. Cet aspect est particulièrement important lorsque le moteur entraîne des éléments de forte inertie. CHAPITRE 7 7 de 53 PH10-08/DCV-CC-04 Distributeur à centre fermé Utilisation type : pompe unique alimentant plusieurs actionneurs Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le distributeur à centre fermé, comme son nom l’indique, isole tous les orifices en position centrée. Ce genre de distributeur permet aux vérins et aux moteurs de maintenir la charge, mais, lorsque leur tiroir est en position centrée, tout le débit de la pompe doit retourner au réservoir à travers une soupape de surpression. On peut aussi utiliser une pompe à compensation de pression. Dans le système parallèle illustré ci-dessus, l’opérateur peut commander simultanément une ou plusieurs fonctions. CHAPITRE 7 8 de 53 PH10-09/DCV-CC-01 Distributeur à centre fermé Attention, le vérin risque de dériver! Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ L’utilisation d’un distributeur à centre fermé pour commander un vérin crée un risque de « dérive lente ». Cela se produira d’autant plus que l’usure du distributeur laisse passer une certaine pression vers le vérin. Par conception, des pressions égales dans les deux chambres du vérin provoqueront un mouvement dans la direction de la tige du piston (à cause de la différence de section). Il est donc recommandé d’éviter ce genre d’utilisations. CHAPITRE 7 9 de 53 PH10-10/DCV-FC-03 Distributeur à centre flottant Utilisation type : éviter la dérive de l’actionneur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les distributeurs à centre flottant sont utilisés dans les utilisations qui nécessitent un maintien absolu de la charge par le vérin, tout en maintenant l’orifice de la pompe fermé. Dans ce circuit, les orifices du distributeur et du réservoir sont en communication. Il suffit d’ajouter une soupape antiretour pilotée à la sortie de la chambre côté tige pour maintenir le vérin immobile jusqu’à ce que l’extension soit commandée. CHAPITRE 7 10 de 53 PH10-11/DCV-FC-00 Distributeur à centre flottant Utilisation type : circuit de commande de moteur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Lorsqu’il est utilisé pour la commande d’un moteur, le distributeur à centre flottant permet une rotation « en roue libre » lorsque son tiroir est centré. Cette caractéristique évite les chocs hydrauliques et les dommages éventuels au moteur ou à d’autres composants. Lorsqu’il est associé à une pompe à compensation de pression ou de charge, le distributeur à centre flottant offre un autre avantage en fermant l’orifice de la pompe, ce qui active la compensation pour réduire l’échauffement de l’huile et la consommation d’énergie. CHAPITRE 7 11 de 53 PH10-12/DCV2-02 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE 2 voies Utilisation type : circuit de décharge d’une pompe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un distributeur à deux voies peut servir à commander la décharge de la pompe. Dans cet exemple, une électrovanne à deux voies élimine la charge d’une pompe à cylindrée fixe pour réduire la consommation d’énergie et l’échauffement de l’huile hydraulique. Il est facile d’automatiser cette fonction par un signal appliqué à la bobine de l’électrovanne. CHAPITRE 7 12 de 53 PH10-13/DCV3-02 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE 3 voies Utilisation type : fonction de desserrage Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les distributeurs de commande directionnelle à trois voies sont utilisés dans les circuits qui n’ont pas besoin d’être alimentés pour ramener le vérin en position de repos. Cela permet de simplifier le circuit qui peut être commandé d’une manière appropriée à l’utilisation, dans ce cas, par un bouton-poussoir. CHAPITRE 7 13 de 53 PH10-14/DCV-20 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Formes de tiroirs Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La conception du tiroir du distributeur influence la manière dont le liquide circule à travers le distributeur. Le liquide entre ou sort par les orifices de travail selon que la position du tiroir ouvre ou ferme les passages. La configuration et le nombre de portées du tiroir déterminent les points et les degrés d’ouverture des passages. De nombreuses utilisations nécessitent une commande proportionnelle avec « étranglement » du débit pour permettre une accélération ou une décélération progressive de la charge. Ces utilisations utilisent un tiroir modifié pour assurer le dosage progressif du débit. CHAPITRE 7 14 de 53 PH10-15/FLT-50 Variables affectant la sédimentation dans les distributeurs hydrauliques • Niveau de pollution de l’huile (particulièrement dans la plage des particules de 5 μm ou moins) • Différence de pression de part et d’autre des portées • Diamètre du tiroir • Jeu radial du tiroir dans son alésage • Nombre de portées en position de recouvrement • Longueur de recouvrement • Durée d’utilisation Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans les distributeurs hydrauliques, la « sédimentation » de particules fines se produit lorsque le tiroir reste en position d’actionnement pendant une longue période. Sous l’effet de l’huile sale ou contaminée, ce phénomène peut conduire à des grippages dangereux du tiroir. La seule solution viable est d’entretenir soigneusement les systèmes de filtration d’huile et de manœuvrer périodiquement les distributeurs. La norme est d’actionner chaque distributeur au moins une fois par jour ou par poste de travail. On peut aussi donner la consigne de manœuvrer systématiquement chaque distributeur au cours des périodes d’inactivité, quand les opérateurs n’ont pas besoin d’y accéder et que l’hydraulique ne fonctionne pas. Les facteurs de sédimentation sont : 1) la quantité de particules fines dans le liquide 2) la chute de pression de part et d’autre des portées du tiroir 3) le diamètre du tiroir 4) l’ajustage du tiroir dans son alésage 5) le nombre de portées en position de recouvrement 6) la distance de recouvrement 7) la durée d’utilisation CHAPITRE 7 15 de 53 PH10-16/DCV-12 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Croisement des orifices Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le « recouvrement du tiroir » est la distance axiale d’une portée séparant les passages internes du corps du distributeur. Quand le tiroir est déplacé, ses gorges prennent des positions dans lesquelles des passages adjacents sont mis en communication pour autoriser un écoulement à travers le corps du distributeur. Recouvrement négatif (figure du haut). Quand le tiroir est déplacé vers la droite pour relier les orifices P et B, pendant un bref instant, les trois orifices seront mis en communication. Il y aura donc un écoulement entre les trois orifices au cours de la période de transition, ce qui est une caractéristique d’un distributeur à centre ouvert. Recouvrement positif (figure du bas). Quand le tiroir est déplacé vers la droite pour relier l’orifice P à l’orifice B, l’orifice A se ferme. Ensuite, le déplacement du tiroir se poursuit et l’orifice B commence à s’ouvrir. Il ne peut donc pas y avoir d’écoulement vers B avant la fermeture effective de l’orifice A, ce qui est une caractéristique d’un distributeur à centre fermé. CHAPITRE 7 16 de 53 PH10-17/DCV-02 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Progressivité Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ P Un distributeur dont le tiroir a des gorges à arêtes vives rend délicat un dosage précis de l’ouverture ou de la fermeture d’un passage. L’utilisation de ce type de commande nécessite beaucoup d’attention et de doigté de la part de l’opérateur. Pour faciliter la précision de commande du tiroir de l’actionneur, des encoches graduelles calibrées peuvent être usinées dans le bord d’une portée. Cet artifice permet de rendre le distributeur plus progressif sur une petite plage de déplacement, avant l’ouverture ou la fermeture complète du passage. Le débit de ou vers l’actionneur est ainsi contrôlé avec plus de souplesse par de petits mouvements du tiroir. CHAPITRE 7 17 de 53 PH10-18/DCV-14 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Crans de positionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le tiroir d’un distributeur doit souvent être maintenu dans une position précise. Cela peut être réalisé au moyen d’un cran de positionnement. Le principe est simple. Une bille coulissant dans un trou perpendiculaire est poussée par un ressort et glisse sur une partie du tiroir qui comporte une « encoche ». Cette encoche peut en fait être un simple trou de diamètre plus petit que celui de la bille. Quand la bille s’aligne avec le cran, elle s’engage partiellement dedans sous l’effet de la poussée de son ressort et le tiroir est immobilisé dans cette position. Pour le déplacer, il faut exercer une force suffisante pour faire remonter la bille dans son trou en comprimant son ressort et amener le tiroir à une autre position. Dans le cas d’un électrodistributeur, le cran sert à immobiliser le tiroir dans la position choisie, jusqu’à ce qu’une autre commande soit donnée. CHAPITRE 7 18 de 53 PH10-19/DCV-31 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Modèles à tiroir Normalisation internationale et correspondance des interfaces de montage NFPA National Fluid Power Association (Amérique du Nord) ISO Organisation internationale de normalisation CETOP Association professionnelle européenne regroupant diverses organisations nationales, comme pour le NFPA en Amérique du Nord, BFPA au R.-U., VDMA en Allemagne, etc. NG Code de spécification des diamètres de passage exprimés en millimètres. C’est une partie d’une norme allemande (DIN), qui ne normalise que le diamètre des orifices. La configuration du reste de l’interface n’est pas couverte. « NG » signifie « diamètre nominal ». Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La table ci-dessus établit la correspondance entre diverses normes pour répondre aux corps de distributeur normalisés par diverses organisations. Les pièces de rechange appropriées doivent être spécifiées à l’aide de cette table ou d’une autre similaire. Tailles NFPA et ANSI-B93.7 Tailles ISO-4401 Tailles CETOP -R35H Tailles NG diam. des orifices (po) nouvelle ancienne CHAPITRE 7 19 de 53 PH10-20/SH-09a DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Embases— D03 et D05 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ces plans définissent les dimensions des embases de distributeur. On peut comparer les diamètres et la configuration des trous entre les embases D03 et D05. En Amérique du Nord, ces configurations sont normalisées par la NFPA. CHAPITRE 7 20 de 53 PH10-21/SH-09b DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Embases - DO8 et D10 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ce plan illustre un autre exemple de configurations d’embases de distributeurs. On peut comparer les diamètres et les configurations des corps de distributeurs D08 et D10. En Amérique du Nord, ces configurations sont normalisées par la NFPA. CHAPITRE 7 21 de 53 PH10-23/DCV-38 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Circuit régénératif à quatre fonctions Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus illustre un circuit régénératif. Le tableau indique les combinaisons de bobines excitées dans chaque état du circuit. CHAPITRE 7 22 de 53 PH10-24/DCV-39 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Électrodistributeur à un seul étage Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La coupe ci-dessus représente un électrodistributeur à centre tandem. Le tiroir est conçu pour laisser passer le débit à travers le distributeur, comme le montre le symbole ANSI. Au centre, les orifices A et B sont fermés de sorte qu’il n’y a pas de débit de ou vers l’actionneur. L’orifice P communique avec l’orifice T par un passage percé au centre du tiroir. Le débit de la pompe peut ainsi revenir directement au réservoir quand le tiroir est centré. Si le tiroir est déplacé d’un côté ou de l’autre, l’un des orifices de travail alimente le vérin et l’autre reçoit le débit de retour. CHAPITRE 7 23 de 53 PH10-25/DCV-08bk DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Distributeur à deux étages Symboles composites et simplifiés Des symboles composites peuvent être créés pour n’importe quel composant hydraulique en combinant les symboles de base. Un distributeur à deux étages se compose d’un petit électrodistributeur pilote (1er étage) monté sur un distributeur de puissance piloté (2e étage). Le tiroir de l’étage de puissance est piloté par les pressions fournies par l’électrodistributeur du premier étage. Cette conception permet une commande énergique du tiroir du distributeur principal, indépendamment de la dynamique du système. Les symboles simplifiés sont ceux des composants de base. Leur combinaison est utile pour illustrer des composants « complexes », comme ce distributeur à deux étages. Le symbole composite ci-dessous est simple à comprendre, mais n’est généralement pas utilisé, car il prend trop de place sur un schéma. Un tel distributeur à deux étages est constitué de trois parties : une embase de montage, un distributeur pilote (1er étage) et un distributeur de puissance (2e étage). CHAPITRE 7 24 de 53 PH10-26/SYM10bk DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Distributeur à deux étages Structure du symbole CHAPITRE 7 25 de 53 PH10-27/SYM011 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Distributeur à deux étages Structure du symbole CHAPITRE 7 26 de 53 PH10-28/SYM012 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Distributeur à deux étages Structure du symbole CHAPITRE 7 27 de 53 PH10-29/SYM09bk DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Distributeur à deux étages Structure du symbole NOTA. Le distributeur pilote a toujours une configuration à centre flottant. Options de pression pilote (externe) En configuration standard, le distributeur comprend un distributeur pilote interne. Si la ligne en tirets vers le rectangle noir n’est pas représentée, c’est que le passage de pression pilote est interne. La pression pilote interne peut être remplacée par une pression pilote externe en bouchant (physiquement) les passages internes de pression pilote. Dans cette configuration, le distributeur pilote reçoit sa pression d’une source externe par l’orifice « PP ». CHAPITRE 7 28 de 53 PH10-30/SYM10bk DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Distributeur à deux étages Structure du symbole La configuration standard du distributeur à deux étages comporte un drain interne. Si la ligne en tirets partant du rectangle barré en diagonale n’est pas représentée, c’est que le drainage des fuites se fait à l’intérieur. Un drainage interne peut être converti en un drainage externe en bouchant (physiquement) le passage de drainage. Dans cette configuration, les fuites du distributeur pilote sont évacuées extérieurement par un orifice distinct « DR ». CHAPITRE 7 29 de 53 PH10-31/DCV-11 Distributeur à deux étages Commande par étrangleurs variables Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ce distributeur à deux étages utilise une pression hydraulique fournie par le 1er étage pour commander le tiroir principal du 2e étage. Le liquide utilisé comme pression pilote pour commander le tiroir du 2e étage doit passer à travers des « étrangleurs ». Un étrangleur est un simple rétrécissement de la tuyauterie associé à un clapet de retour parallèle. L’idée est de limiter le débit dans un sens et de permettre un libre passage dans le sens inverse. L’ensemble étrangleurs-clapets intercalé entre les deux étages détermine la rapidité de réponse du tiroir du 2e étage. Quand le premier étage fournit la pression pilote, le débit contourne l’étrangleur par le clapet antiretour pour agir sur le tiroir du 2e étage. Le liquide de la chambre pilote opposée du tiroir s’échappe par l’autre étrangleur. Comme le clapet antiretour est fermé dans ce sens, le débit est freiné par l’étrangleur, ce qui permet de contrôler la vitesse de déplacement du tiroir. Un certain délai de retard est nécessaire pour permettre l’arrêt du moteur avant l’inversion de son alimentation, de façon à éliminer les chocs hydrauliques et les dommages éventuels au matériel ou à l’équipement. CHAPITRE 7 30 de 53 PH10-32/DCV-10 Distributeur à deux étages Clapet de contre-pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans ce circuit, un clapet de contre-pression permet de maintenir une pression suffisante pour le fonctionnement du 2e étage lorsque le 1er étage est commandé. Le débit revient au réservoir quand le système n’est pas utilisé, sans créer une haute pression pour l’ouverture d’une soupape de surpression. CHAPITRE 7 31 de 53 PH10-33/DCV-15 Distributeur à deux étages Drainage externe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ce distributeur à deux étages utilise un passage de drainage externe. L’idée est d’éviter la possibilité d’un retour de liquide au réservoir produisant une contre-pression pour le distributeur du 1er étage. CHAPITRE 7 32 de 53 PH10-34/DCV-16 Distributeur à deux étages Pilotage externe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le 2e étage peut être commandé par une pression pilote externe. Cette pression provient d’un point approprié du système. Le fonctionnement dépend maintenant de deux commandes. D’une part, un signal électrique doit être envoyé aux bobines du 1er étage, d’autre part, la pression externe doit être présente pour fournir la pression pilote au 2e étage. L’absence de l’une ou l’autre de ces commandes empêche tout déplacement du tiroir. Ce dispositif assure une meilleure souplesse de conception et de fonctionnement. CHAPITRE 7 33 de 53 PH10-35/DCV-07 Procédures de conversion d’un distributeur Procédure de conversion d’un distributeur 1. Pour convertir le distributeur de la pression pilote externe à la pression pilote interne, il suffit d’enlever le bouchon à tête Allen de l’orifice C et de le monter dans l’orifice D. 2. Pour convertir le distributeur de la pression pilote interne à la pression pilote externe, il suffit d’enlever le bouchon à tête Allen de l’orifice D et de le monter dans l’orifice C. 3. Pour convertir le distributeur du drainage externe au drainage interne, il suffit d’enlever le bouchon à tête Allen de l’orifice A et de le monter dans l’orifice B. 4. Pour convertir le distributeur du drainage interne au drainage externe, il suffit d’enlever le bouchon à tête Allen de l’orifice B et de le monter dans l’orifice A. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 7 34 de 53 PH10-36/MDCV-04 Distributeurs modulaires empilables Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans la figure ci-dessus, des composants modulaires ayant des rôles fonctionnels divers sont empilés en un bloc de commandes. Les composants correspondants sont indiqués schématiquement au bout des lignes de rappel. Dans toute pile modulaire, l’élément du haut est le distributeur de commande directionnelle. La soupape de surpression du bas protège le système en cas de surcharge. La 2e soupape de surpression protège la chambre côté tige du vérin. Le module de contrôle de débit limite l’écoulement du liquide pour réguler la vitesse d’extension et de rétraction. Le module du distributeur de pression pilote empêche l’application de la pression à l’un des orifices de travail jusqu’à ce que la pression soit établie à l’autre orifice de travail, dans les deux directions. Le module distributeur de commande directionnelle dirige le débit vers la chambre appropriée du vérin commandé. CHAPITRE 7 35 de 53 PH10-37 DISTRIBUTEURS DE COMMANDE DIRECTIONNELLE À DÉBIT PROPORTIONNEL DÉFINITION DES TERMES Zéro Le point « zéro » du réglage est défini par une résistance variable fixant la limite inférieure de la pression ou du débit. On augmente le courant de sortie en tournant la résistance variable dans le sens horaire. La résistance variable peut également servir à vérifier manuellement le fonctionnement d’un distributeur proportionnel. Gain Le terme « gain » désigne une autre résistance variable permettant de fixer le gain d’amplification de courant par rapport au signal d’entrée ou à l’angle de réglage de la résistance variable qui détermine le niveau du canal. On augmente le gain en tournant la résistance variable dans le sens horaire. Le gain d’un amplificateur, exprimé sous la forme d’un facteur de multiplication, est une mesure du rapport entre le faible signal d’entrée de l’amplificateur et le fort courant de sortie qui est appliqué au distributeur. La tension de sortie est proportionnelle à la tension d’entrée. Le gain est déterminé par la formule : Gain = A = tension de sortie tension d’entrée Le « gain » d’un amplificateur est de l’ordre de 106. En d’autres termes, la tension de sortie est 1 000 000 de fois la tension d’entrée. Dans la pratique, on utilise des gains moins élevés. Retard Un synonyme de retard est « délai de canal ». Il s’agit également d’une résistance variable permettant de régler le temps nécessaire pour atteindre l’intensité nominale fixée (temps d’accélération ou de décélération) lorsque le canal est sélectionné par un contact extérieur. Tremblement Le rôle du « tremblement » est de créer une vibration pour atténuer l’hystérésis, améliorer la réponse et assurer la stabilité de la commande proportionnelle. En pratique, c’est un courant à haute fréquence qui est superposé au courant continu de sortie. CHAPITRE 7 36 de 53 PH10-40/MDCV-01 Bloc de commande directionnelle mobile Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un « bloc mobile » de commande directionnelle est normalement constitué d’une batterie de distributeurs assemblés autour d’un collecteur central qui fournit à chaque distributeur du liquide sous pression de la pompe. Cette conception minimise les raccordements et les risques de fuite, tout en permettant d’ajouter d’autres distributeurs à l’ensemble. CHAPITRE 7 37 de 53 PH10-41/DCV-01 DISTRIBUTEUR DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Modèle industriel 1) Clapet antiretour individuel de charge 2) Tiroir de précision rectifié et chromé 3) Alésage usiné au diamant dans le corps de fonte 4) Rainures de progressivité 5) Manettes de commande réversibles 6) Orifices SAE à joint torique 7) Soupapes de surpression réglables extérieurement 8) Clapets anti-cavitation Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 7 38 de 53 PH10-42/DCV7 DISTRIBUTEUR DE COMMANDE DIRECTIONNELLE à clapet antiretour de charge Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le clapet antiretour de charge est logé dans l’orifice de la pompe pour éviter une chute de la charge quand l’orifice de travail s’ouvre au vérin. Le clapet assure que du liquide sous pression soit immédiatement disponible. CHAPITRE 7 39 de 53 PH10-43/DCV5 DISTRIBUTEUR DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Soupape de surpression de l’orifice du vérin Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une soupape de surpression de l’orifice du vérin protège le vérin contre les surcharges. Dans un circuit, des surcharges peuvent être causées par l’application soudaine d’une charge ou par la dilation thermique du liquide dans le système. Cela peut se produire par temps chaud lorsque l’équipement est exposé au soleil. En cas de surcharge, la pression pilote provoquera l’ouverture de la soupape de surpression pour protéger le système hydraulique. CHAPITRE 7 40 de 53 PH10-44/DCV6 DISTRIBUTEUR DE COMMANDE DIRECTIONNELLE Clapet anti-cavitation Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les clapets anti-cavitation servent à éviter la formation de bulles d’air dans le système. Le clapet maintient dans la chambre côté tige du vérin un débit suffisant de liquide pour assurer la rétraction en cas de surcharge. Le liquide passant dans la soupape de surpression s’écoule vers le réservoir et aussi vers la chambre côté tige, car il y a une relative basse pression en amont du clapet anti-cavitation. La pression atmosphérique force le liquide à traverser le clapet à bille pour aboutir à la chambre côté tige du vérin. Le clapet anti-cavitation ne s’utilise que du côté ouvert d’un vérin. CHAPITRE 7 41 de 53 P10-45/DCV-08 Couplage de distributeurs de commande Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le couplage en parallèle (Power Beyond ou High Pressure Carry Over), consiste à prolonger les passages de pression et de retour au réservoir afin de pouvoir desservir un ou plusieurs autres distributeurs, généralement des distributeurs de commande directionnelle. La manière de réaliser ce couplage dépend de la conception du distributeur et de son fabricant. Le plus souvent, il suffit de visser un bouchon fileté ou un manchon bloquant le passage interne entre les orifices de pression et de retour au réservoir du distributeur. Ce mode permet à la même pompe d’alimenter un autre distributeur de commande directionnelle. On peut ainsi coupler des distributeurs multiples. CHAPITRE 7 42 de 53 PH10-46/MDCV3-04 Distributeurs modulaires couplés en parallèle Exemple de 3 tranches Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un distributeur modulaire couplé en parallèle permet de commander deux ou plusieurs fonctions simultanément. Les tranches de distributeur sont alimentées en parallèle par des passages aménagés dans le corps du distributeur pour recevoir la pression de la pompe. Le même principe permet d’alimenter en série d’autres distributeurs alimentés au-delà de cet ensemble. CHAPITRE 7 43 de 53 PH10-47/DCV3-05 Distributeurs modulaires couplés en série Exemple de 3 tranches Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un distributeur modulaire couplé en série ne permet de commander qu’un seul circuit à la fois. Là aussi, l’orifice « Power Beyond » peut alimenter d’autres distributeurs. CHAPITRE 7 44 de 53 PH10-48/PMP-17 Soupapes Power Logic AVANTAGES 1. Ces soupapes sont pratiquement à l’épreuve des fuites entre les orifices A et B ou X, bien qu’il puisse y en avoir entre les orifices X et B lorsqu’il y a une différence entre les deux. Quoi qu’il en soit, dans des circuits correctement conçus, il y a moins de fuites des circuits qu’avec des distributeurs à tiroir, le tout avec un meilleur rendement, un échauffement moindre et une tendance réduite à la dérive des vérins. 2. Taille pour taille, il y a moins de pertes de charge à haut débit dans une soupape Power Logic que dans un distributeur à tiroir. Cela améliore le rendement, réduit l’échauffement de l’huile et permet d’avoir des débits plus importants pour la même taille de distributeur. 3. Les soupapes Power Logic ont une réponse sensiblement plus rapide que celle des distributeurs à tiroir. 4. Les soupapes Power Logic sont très souples d’emploi. Lorsqu’elles sont correctement choisies, elles peuvent éliminer presque complètement les chocs hydrauliques. Cet aspect est particulièrement important pour les utilisations dans lesquelles les vérins se déplacent à grande vitesse. 5. Une grande partie des soupapes de régulation peuvent être logées dans le couvercle qui permet de les monter sur le collecteur. Cela comprend les électrovannes, les clapets navettes, les orifices calibrés, les soupapes à pointeau, etc. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 7 45 de 53 PH10-49/PMP-16 Soupapes Power Logic Commande directionnelle d’un vérin alimenté par une pompe à cylindrée variable Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le schéma ci-dessus illustre un circuit Power Logic simple. Il comprend une série de 4 soupapes Power Logic, un électrodistributeur à 4 voies à centre flottant, un actionneur, un clapet antiretour et une pompe à compensation de pression. CHAPITRE 7 46 de 53 PH10-50/PMP-16a Soupapes Power Logic Principe de fonctionnement Pompe en marche – Tiroir du distributeur au neutre Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le débit de la pompe passe à travers le centre flottant du distributeur pour aboutir à l’orifice supérieur des soupapes Power Logic. Ces soupapes sont associées par paires et chaque paire est alimentée par l’un des deux orifices de travail de l’électrodistributeur pour aider les ressorts à maintenir les soupapes fermées. Le débit de la pompe est également envoyé aux deux premières soupapes Power Logic, comprenant une de chaque paire. Le débit ne peut pas passer, car les soupapes sont maintenues fermées par la pression hydraulique et la force de leur ressort. Aucun liquide ne circule vers le vérin et la pompe compense la pression statique. CHAPITRE 7 47 de 53 PH10-51/PMP-16b Soupapes Power Logic Principe de fonctionnement Pompe en marche – Tiroir du distributeur en position de travail Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Quand le tiroir du distributeur est en position de travail, le liquide est dirigé vers l’une des paires de soupapes Power Logic, alors que l’autre est reliée au réservoir. Le liquide sous pression peut maintenant ouvrir les soupapes purgées de leur pression, ce qui permet d’alimenter l’une des chambres du vérin. Le liquide de l’autre chambre du vérin passe à travers l’autre soupape Power Logic et revient au réservoir. Si le tiroir du distributeur est mis dans la position opposée, le débit vers les soupapes Power Logic change et leurs sorties fournissent un débit pour actionner le vérin dans l’autre sens. CHAPITRE 7 48 de 53 PH10-52/DCV-13 Soupape de décélération Identification du symbole Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une soupape de décélération est un dispositif permettant de ralentir un actionneur progressivement jusqu’à l’arrêt. La soupape est commandée mécaniquement et coupe le débit de liquide lorsqu’un composant pousse son plongeur assez loin pour fermer la vanne. Dans cette configuration, un clapet antiretour permet d’inverser le libre écoulement pour ramener l’actionneur en sens inverse. CHAPITRE 7 49 de 53 PH10-53 Distributeur de direction Orbitrol Identification du symbole Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un distributeur de direction Orbitrol combine un certain nombre de composants hydrauliques en une seule unité. Ces éléments comprennent un distributeur rotatif, un moteur Gerotor et un clapet antiretour. Il y a un certain nombre d’autres composants qui participent au fonctionnement de l’unité. Le symbole ANSI représente les éléments suivants : 1) un distributeur rotatif à 6 voies et 3 positions, centré par ressorts 2) 4 orifices de travail 3) un clapet antiretour 4) une soupape de dosage 5) des ressorts de centrage CHAPITRE 7 50 de 53 PH10-54 Distributeur de direction Orbitrol Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les principaux éléments d’un distributeur de direction Orbitrol sont : 1) le boîtier; 2) le tiroir et manchon de commande; 3) le couvercle; 4) la goupille de centrage qui est ajustée serrée dans le manchon, mais avec du jeu dans le tiroir de commande; 5) les ressorts de centrage du tiroir et du manchon de commande quand la direction est centrée; 6) l’ensemble Gerotor (rotor orbital), servant de doseur de débit; ce doseur contrôle le débit en faisant tourner le moteur Gerotor qui fournit du liquide proportionnellement à la vitesse de rotation du volant de direction; 7) l’arbre d’entraînement reliant la colonne de direction au tiroir de commande. CHAPITRE 7 51 de 53 PH10-55 Distributeur de direction Orbitrol FONCTIONNEMENT – Position neutre Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ En position neutre (volant centré), le liquide revient au réservoir par le tiroir et en traversant le centre tandem du distributeur de commande. CHAPITRE 7 52 de 53 PH10-56 Distributeur de direction Orbitrol FONCTIONNEMENT - Virage à gauche Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Virage à gauche Quand le volant est braqué à gauche, il fait tourner le distributeur dans le sens antihoraire à l’intérieur du manchon de centrage, ce qui ouvre les orifices et alimente le vérin de direction par des passages et des tuyauteries. Simultanément, le liquide est envoyé dans le Gerotor qui tourne aussi dans le sens antihoraire. La rotation du Gerotor transmise par l’arbre fait tourner le manchon jusqu’à ce qu’il rattrape le tiroir de commande. Dès que le tiroir et le manchon sont de nouveau alignés, les orifices se referment, bloquant le Gerotor et maintenant les roues du véhicule en position braquée. Le liquide du côté retour du vérin de direction s’écoule à travers le distributeur vers le réservoir. CHAPITRE 7 53 de 53 PH10-57 Distributeur de direction Orbitrol FONCTIONNEMENT - Virage à droite Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Virage à droite Quand le volant est braqué à droite, il fait tourner le distributeur dans le sens horaire à l’intérieur du manchon de centrage, ce qui ouvre les orifices et alimente le vérin de direction par des passages et des tuyauteries. Simultanément, le liquide est envoyé dans le Gerotor qui tourne aussi dans le sens horaire. La rotation du Gerotor transmise par l’arbre fait tourner le manchon jusqu’à ce qu’il rattrape le tiroir de commande. Dès que le tiroir et le manchon sont de nouveau alignés, les orifices se referment, bloquant le Gerotor et maintenant les roues du véhicule en position braquée. Le liquide du côté retour du vérin de direction s’écoule à travers le distributeur vers le réservoir. Direction manuelle En cas de panne du moteur, la direction peut être commandée manuellement. S’il n’y a plus de pression, le volant fait tourner le Gerotor qui travaille alors comme une pompe et renvoie le liquide dans le réservoir à travers le clapet antiretour. Régulateurs et diviseurs de débit Régulateurs de débit sans compensation de pression ......1 Régulateurs de débit avec compensation de pression ....20 Régulateurs de débit avec compensation de température......................................................................26 Diviseurs de débit.................................................................49 CHAPITRE 8 1 de 61 PH11-01/INT-11 Contrôle de l’énergie hydraulique sans régulation de débit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Sans un composant permettant de régler le débit entre la pompe et un actionneur, l’actionneur reçoit toujours le plein débit de la pompe et ne fonctionne qu’à une seule vitesse. CHAPITRE 8 2 de 61 PH11-02/INT-10 Contrôle de l’énergie hydraulique par un régulateur de débit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un régulateur de débit est ajouté à un système hydraulique pour permettre de régler la vitesse maximale des actionneurs en dérivant une partie du débit de la pompe vers le réservoir. Dans le système de la figure ci- dessus, la pompe débite 10 gal/min et l’actionneur ne reçoit que 5 gal/min, les 5 autres étant renvoyés au réservoir. gal/min gal/min CHAPITRE 8 3 de 61 PH11-03/FCV-20 Le débit dépend de la différence de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Lorsque le liquide en écoulement rencontre une restriction (réduction de la section de passage), le débit ralentit et la pression augmente localement. La différence de pression de part et d’autre de la restriction produit une accélération de l’écoulement pour maintenir le débit initial du liquide dans l’ensemble du système. L’écoulement restreint est accéléré jusqu’à la fin du passage de section réduite et le liquide reprend sa vitesse initiale dès qu’il se retrouve dans une tuyauterie de section normale. CHAPITRE 8 4 de 61 PH11-04/FCV-29 Le débit dépend de la différence de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le débit de liquide dans un système dépend de la différence de pression de part et d’autre d’une restriction. Dans la première figure, la différence de pression est de 100 lb/po2, ce qui correspond à un débit accéléré de 5 gal/min. Dans la seconde figure, la différence de pression est 2 500 lb/po2 et le débit augmente de 25 gal/min. Au vu de ces deux exemples, on peut affirmer que plus la différence de pression est grande de part et d’autre d’un étranglement, plus la vitesse du liquide est grande. CHAPITRE 8 5 de 61 PH11-05/FCV-01B Le débit dépend de quatre variables. 1. Une augmentation ou une diminution de la pression d’entrée. 2. Une augmentation ou une diminution de la pression créée par la charge. 3. Une augmentation ou une diminution de la section de passage de l’orifice. 4. Une augmentation ou une diminution de la température. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Nous allons étudier ces variables conditionnant le débit dans les pages qui suivent. CHAPITRE 8 6 de 61 PH11-06/FCV-35 Le débit dépend de quatre variables Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le débit est influencé par une augmentation ou une diminution de la pression d’entrée. Le débit varie comme la pression d’entrée. Si la pression augmente, le débit augmente, et inversement. Une augmentation de la pression d’entrée se traduira par un écoulement plus rapide au niveau au niveau de l’orifice restreint. Une diminution de la pression d’entrée se traduira par une vitesse moindre et, indirectement par un débit réduit dans le système. Une augmentation ou une diminution de la pression créée par la charge a une incidence sur le débit de liquide dans un système. Une charge exercée sur un actionneur crée une résistance et une contre-pression. La contre-pression plus forte ralentit le débit. Si la charge d’un actionneur diminue, la pression diminuera également et le débit de liquide fourni par la pompe augmentera. CHAPITRE 8 7 de 61 PH11-07/FCV-38a Le débit d’huile dépend de quatre variables Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une augmentation ou une diminution de la taille de l’orifice influence également le débit de liquide. Imaginez qu’une soupape à pointeau est montée dans un circuit juste en amont d’un actionneur. En amont, en dévissant le pointeau, on augmente la taille de l’orifice, ce qui réduit la restriction, de sorte que la pression est plus basse et que le débit est plus grand. Inversement, si le pointeau diminue la taille de l’orifice, la restriction est plus forte et la pression du système augmente, avec un débit réduit. La température de l’huile d’un système hydraulique influence également le débit. Quand la température de l’huile est basse, sa viscosité augmente et réduit le débit (pensez à la consistance de la mélasse). Quand la température de l’huile est élevée, sa viscosité diminue et le débit augmente. CHAPITRE 8 8 de 61 PH11-08/FCV-01d Types de dispositifs de régulation de débit Il y a trois types de régulateurs de débit 1. Sans compensation de pression 2. Avec compensation de pression 3. Avec compensation de pression et de température Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans un système hydraulique, les dispositifs de régulation de débit servent à contrôler la vitesse des actionneurs. Régulateurs de débit sans compensation de pression Un simple orifice calibré placé dans une tuyauterie hydraulique constitue la méthode la plus élémentaire de régler le débit (à noter que c’est également une méthode de contrôle de la pression). Dans son rôle de régulateur de débit, l’orifice est placé en série avec la pompe. Il peut s’agir d’un simple raccord percé d’un trou axial calibré, c’est-à-dire d’un orifice fixe. On peut aussi utiliser une soupape munie d’un pointeau étalonné pour créer un orifice variable. Dans les deux cas, il n’y a pas de compensation possible. Ce type de soupape permet de régler le passage du liquide dans le système hydraulique, mais n’a pas de fonction de compensation de la pression. Si une pointe de surpression se produit dans le système, la soupape ne la compensera pas et le débit variera avec la pression. CHAPITRE 8 9 de 61 PH11-08/FCV-01d Types de dispositifs de régulation de débit Il y a trois types de régulateurs de débit 1. Sans compensation de pression 2. Avec compensation de pression 3. Avec compensation de pression et de température Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dispositifs de réglage de débit à compensation de pression Ce type de soupape comporte un orifice réglable en série avec un compensateur. Le compensateur corrige automatiquement les variations de la pression d’entrée et de la contre-pression de la charge, de façon à maintenir un débit essentiellement constant dans ces conditions de fonctionnement, avec une précision de 3 % à 5 %. Ces dispositifs à débit réglables à compensation de pression existent avec ou sans clapets antiretour intégrés (permettant au liquide de s’écouler librement en sens inverse) et avec soupapes de surpression intégrées (pour laisser échapper du liquide vers le réservoir si une pression donnée est dépassée). Dispositifs de réglage de débit à compensation de pression et de température Comme la viscosité de l’huile hydraulique varie avec la température (ainsi que les jeux des pièces mobiles de la soupape), les changements de température peuvent entraîner des variations de débit. Pour corriger les effets de ces variations de température, on utilise des compensateurs changeant les dimensions de l’orifice de réglage de façon à corriger les variations de viscosité du liquide. Cette compensation est combinée avec la compensation de pression. CHAPITRE 8 10 de 61 PH11-10/FCV-01a Dispositifs de réglage de débit non compensés Applications des régulateurs de débit non compensés • Fluctuations de débit non critiques. • Charges des actionneurs relativement constantes. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les dispositifs de régulation de débit non compensés sont acceptables dans les utilisations où les fluctuations de débit ne sont pas critiques. Par exemple, dans le cas d’un moteur hydraulique dont la vitesse doit absolument être constante, si le débit de la pompe varie, le moteur va accélérer ou ralentir. Un régulateur de débit non compensé ne permettrait pas d’éviter de telles fluctuations. Des variations de la charge de l’actionneur se traduisent également par des fluctuations du débit de la pompe. Ces conditions ne permettent pas d’utiliser des régulateurs non compensés dans de tels systèmes hydrauliques dont la charge varie constamment. CHAPITRE 8 11 de 61 PH11-11/FCV-32 Limiteur de débit à orifice fixe Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus représente le plus simple des dispositifs de régulation de débit non compensés : orifice calibré fixe. Notez le symbole utilisé dans les schémas hydrauliques pour ce type de limiteur. CHAPITRE 8 12 de 61 PH11-12/FCV-02 Soupape réglable à pointeau Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus illustre un dispositif de régulation de débit réglable, mais non compensé. On peut régler le débit en ajustant la position du pointeau. Tournez dans le sens horaire pour réduire le débit et dans le sens antihoraire pour l’augmenter. Dans le symbole ANSI de ce type de limiteur, la flèche diagonale indique que l’orifice est réglable. CHAPITRE 8 13 de 61 PH11-13/FCV-40 Limiteur de débit à clapet de retour Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Cette soupape à pointeau est identique à la précédente, mais comporte en plus un clapet à bille. Le clapet permet un écoulement libre dans une direction et régulé dans l’autre. Sur le symbole ANSI, notez que le clapet à bille est monté en parallèle avec l’orifice réglable. CHAPITRE 8 14 de 61 PH11-14/FCV-01c Précision du contrôle de vitesse La précision du contrôle de vitesse est déterminée d’après les fluctuations de la vitesse de l’actionneur en fonctionnement. Quatre variables influencent la précision pour un réglage de vitesse donné : 1. Les conditions de pression (dépendant des composants). 2. Les conditions de température (dépendant des composants). 3. Le rendement de la pompe (dépendant du circuit). 4. Le rendement de l’actionneur (dépendant du circuit). Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les 4 prochaines pages décrivent chacune de ces quatre variables influençant la précision d’un réglage de vitesse donné. CHAPITRE 8 15 de 61 PH11-15/FCV-14 Première Variable Conditions de pression – dépendant des composants Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les trois schémas ci-dessus montrent comment des variations de la pression dans les composants hydrauliques modifieront la vitesse de l’actionneur. Dans le premier schéma, la pompe débite 5 gal/min de liquide. L’orifice de régulation de débit est réglé pour laisser passer 3 gal/min. Les 2 gal/min restant dans le système doivent passer quelque part pour éviter une pression excessive. Le limiteur de débit fait monter la pression à plus de 500 lb/po2. La soupape de surpression est réglée pour s’ouvrir à 500 lb/po2, ce qui permet d’évacuer les 2 gal/min d’huile vers le réservoir. La vitesse de l’actionneur est 19 pi/min. Dans le second schéma, la seule chose qui change est la pression à la sortie du limiteur de débit, qui est maintenant réglée à 600 lb/po2 sur la soupape de surpression. L’augmentation dans le système permet de faire passer le liquide plus vite dans le limiteur de débit et la quantité augmente de 3 à 4 gal/min. L’actionneur reçoit donc 1 gal/min de plus pour une pression limite de 100 lb/po2 de plus. La vitesse de l’actionneur est 26 pi/min. CHAPITRE 8 16 de 61 PH11-15/FCV-14 Première Variable Conditions de pression – dépendant des composants Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans le troisième schéma, la pression au limiteur de débit est à nouveau de 500 lb/po2 (réglage de la soupape de surpression), mais la charge sur l’actionneur a fait augmenter la contre-pression de 200 à 400 lb/po2. Dans ces conditions, il n’y a plus que 1 gal/min qui passe par le limiteur de débit et les autres 4 gal/min passent par la soupape de surpression. La vitesse de l’actionneur est maintenant réduite à 6 pi/min. Dans les trois schémas, - le régulateur de débit n’est pas compensé en pression; - la vitesse de l’actionneur dépend de la pression au niveau de ses orifices ou du réglage de la soupape de surpression; - le débit de la pompe reste constant; - le réglage du régulateur de débit n’est pas modifié. CHAPITRE 8 17 de 61 PH11-16/FCV-23a Seconde variable Conditions de température- dépendant des composants Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans les schémas ci-dessus, chacun des actionneurs reçoit un débit différent du régulateur de débit. Le débit varie avec la température de l’huile. Le deuxième schéma pour lequel la température de l’huile (80 °F) est la plus basse a aussi la plus faible vitesse de l’actionneur. La viscosité de l’huile augmente, ce qui augmente la résistance à l’écoulement. Le schéma pour lequel la température de l’huile est la plus haute (140 °F) a le débit le plus important et la vitesse d’actionneur la plus grande. À haute température, la viscosité du liquide diminue et un liquide plus fluide passe plus facilement à travers le limiteur de débit et l’actionneur, ce qui se traduit un débit accru et une plus grande vitesse de l’actionneur. Pour une température de liquide de 120 °F, le débit et la vitesse de l’actionneur sont à mi-chemin entre ceux des deux autres schémas. Une viscosité moyenne produit un débit intermédiaire entre ceux des deux autres schémas. CHAPITRE 8 18 de 61 PH11-17/FCV-31 Troisième variable Rendement de la pompe – dépendant du circuit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans les deux figures ci-dessus, le débit de la pompe dépend de la manière dont la régulation de débit se fait dans le système. Dans le premier schéma, le régulateur de débit agit en amont du vérin. La soupape laisse passer 5 gal/min vers l’actionneur, la pompe perd 1 gal/min à cause de ses fuites internes et le reste du débit total est renvoyé au réservoir par la soupape de surpression. Pour ouvrir la soupape de surpression, la pression du système doit monter jusqu’à sa valeur de réglage (généralement élevée). Une haute pression du système augmente les fuites internes de la pompe, de sorte que son rendement diminue. Un régulateur de débit placé en dérivation évite que la pression du système doive monter jusqu’au point d’ouverture de la soupape de surpression. On se rappelle qu’une haute pression du système se traduit par un accroissement des fuites internes de la pompe et par un rendement inférieur. Les soupapes de dérivation sont conçues pour laisser passer l’excès de liquide vers le réservoir sans atteindre des pressions trop élevées. Dans le second schéma ci-dessus, la pompe débite 10 gal/min, dont 1 gal/min de fuites ramenées extérieurement au réservoir. 5 gal/min passent par la soupape de dérivation et 4 gal/min sont envoyés à l’actionneur. La pression du système est déterminée par la résistance de la charge de l’actionneur, jusqu’à un maximum correspondant à la pression d’ouverture de la soupape de surpression. CHAPITRE 8 19 de 61 PH11-18/FCV-30 Quatrième variable Rendement de l’actionneur – dépendant du circuit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ S’il y a des fuites internes à l’actionneur, cela modifiera aussi le débit dans le système. Imaginez que le régulateur de débit soit réglé à 5 gal/min. Le piston se déplacera graduellement pour sa course dans le vérin en fonction du débit de liquide que reçoit le vérin. Si vers le milieu de la course du piston, il se produit des fuites internes, la vitesse de l’actionneur va baisser. On peut dire que les fuites internes du vérin ont une incidence sur la précision de la régulation de débit. CHAPITRE 8 20 de 61 PH11-19/FCV-36 Qu’est-ce que la compensation de pression? Le maintien d’une différence de pression constante correspondant à une vitesse constante Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour maintenir un débit dans un circuit hydraulique, il doit y avoir une différence de pression entre un point et un autre du circuit. Si la pression était la même partout, il n’y aurait aucun écoulement, mais sous une différence de pression de 1 000 lb/po2, le liquide s’écoule très rapidement. Les trois figures ci-dessus illustrent des systèmes alimentés à des pressions différentes, mais avec une différence de pression identique d’un côté du circuit à l’autre. Dans chaque cas, la différence est 100 lb/po2, de sorte que chaque actionneur reçoit le même débit et fonctionne à la même vitesse. CHAPITRE 8 21 de 61 PH11-20/FCV-18 Régulateur de débit à compensation de pression Identification des éléments Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus représente les principaux éléments d’un régulateur de débit à compensation de pression. Il comprend : 1) un corps; 2) un orifice réglable au moyen d’un pointeau; 3) un orifice de sortie; 4) un ressort taré de rappel; 5) un tiroir compensateur; 6) un orifice d’entrée. Notez le symbole utilisé pour identifier un régulateur de débit sur un schéma hydraulique. La flèche verticale représente la fonction de compensation de pression. CHAPITRE 8 22 de 61 PH11-21/FCV-28 Régulateur de débit à compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Nous avons vu précédemment comment la pression du système (fixée par le réglage de la soupape de surpression) et la contre-pression de la charge (charge sur l’actionneur) conditionnaient le débit à travers un régulateur de débit sans compensation de pression, pour l’alimentation de l’actionneur. Nous avons vu que les fluctuations de pression se traduisaient par des fluctuations de vitesse de l’actionneur. Les figures ci-dessus illustrent l’action d’un régulateur de débit compensé pour les variations de pression du système et de charge des actionneurs, de façon à maintenir un débit constant vers les actionneurs. L’étape un des figures montre comment le régulateur compense les fluctuations de pression dans le système pour maintenir une pression donnée au niveau de la soupape pointeau. Cette pression correspond à un débit spécifique pour l’alimentation des actionneurs. Le liquide circule de la pompe au limiteur de débit réglable constitué d’un orifice calibré et d’un pointeau de réglage. Sous l’effet de cette restriction, la pression s’établit dans le système à la valeur d’ouverture de la soupape de surpression, soit 500 lb/po2. Le liquide à 500 lb/po2 entre dans la partie compensation du dispositif et agit sur un tiroir qui se déplace et comprime le ressort taré. CHAPITRE 8 23 de 61 PH11-21/FCV-28 Régulateur de débit à compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La force du ressort taré est calculée pour qu’il soit complètement comprimé à 500 lb/po2, laissant le tiroir juste assez ouvert pour qu’il y ait une pression de 100 lb/po2 au niveau de l’orifice à pointeau. 100 lb/po2 est la pression qui correspond au débit désiré pour la vitesse des actionneurs. Si la pression du système descend plus bas que 500 lb/po2, disons 250 lb/po2, la pression au niveau de l’orifice va baisser de 100 lb/po2 à environ 50 lb/po2. Nous voulons rétablir 100 lb/po2 pour maintenir le débit nominal l’actionneur. C’est là le rôle du compensateur de pression. Une pression de 250 lb/po2 n’est pas suffisante pour comprimer le ressort taré et maintenir le tiroir compensateur en position partiellement fermée. Le tiroir va donc se déplacer légèrement vers la gauche (le ressort taré n’a plus qu’une pression de 250 lb/po2 à surmonter), ce qui laisse passer plus de liquide sous pression par l’orifice à pointeau. La pression est ainsi ramenée à 100 lb/po2 au niveau de l’orifice. Si la pression du système dépasse 500 lb/po2, la soupape de surpression s’ouvre et la ramène à cette valeur. Le tiroir compensateur et la soupape de surpression coopèrent donc pour maintenir une pression de 100 lb/po2 au niveau de l’orifice réglable. CHAPITRE 8 24 de 61 PH11-21/FCV-28 Régulateur de débit à compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ À l’étape deux, un passage a été percé entre la sortie du régulateur de débit et le fond de l’alésage du tiroir compensateur. Par ce passage, la pression créée par la charge de l’actionneur peut agir sur l’extrémité côté ressort du tiroir. L’étape trois montre comment ce régulateur de débit peut compenser les fluctuations de pression créées par la charge de l’actionneur. Sur la figure, on voit qu’une différence de 100 lb/po2 existe au niveau de l’orifice calibré, 300 lb/po2 en amont et 200 lb/po2 en aval, vers l’actionneur. L’action du tiroir compensateur permet de maintenir cette différence de pression en dépit des fluctuations de la pression en aval sous l’effet de la charge de l’actionneur (comme indiqué à l’étape un). CHAPITRE 8 25 de 61 PH11-21/FCV-28 Régulateur de débit à compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La pression du système est maintenue par la soupape de surpression réglée à 500 lb/po2. Si la pression produite par les charges de l’actionneur ne variait pas, le système fonctionnerait comme décrit à l’étape un pour maintenir une différence de 100 lb/po2 au niveau de l’orifice réglable. Cependant, dans la pratique, la contre-pression de l’actionneur (sous l’effet des charges variables) fluctue et il faut réguler la pression en amont de l’orifice pour maintenir une différence de pression de 100 lb/po2. Supposons que la pression de l’actionneur soit 200 lb/po2 en aval de l’orifice, il faut que la pression en amont passe de 100 lb/po2 à 300 lb/po2 pour maintenir la différence désirée. Pour cela, un signal de pression de 200 lb/po2 est appliqué au tiroir compensateur côté ressort pour compenser partiellement les 500 lb/po2 qui tendent à fermer le passage de pression du système. Ainsi, le tiroir compensateur laisse passer 200 lb/po2 de pression supplémentaire qui s’ajoutent aux 100 déjà présents. L’orifice est donc maintenant soumis à 300 lb/po2 en amont à 200 lb/po2 en aval, côté actionneur, ce qui rétablit la différence de 100 lb/po2. À cette différence de pression, correspond un débit constant qui maintient une vitesse constante de l’actionneur, indépendamment des charges auxquelles il est soumis. CHAPITRE 8 26 de 61 PH11-23/FCV-25 Régulateur de débit à compensation de température et de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le dispositif ci-dessus est un exemple de régulateur de débit à compensation de température et de pression. Notez que le symbole utilisé sur les schémas comporte un trait vertical supplémentaire (avec un point noir à sa base) représentant l’option de compensation de température. CHAPITRE 8 27 de 61 PH11-24/FCV-23 Effet de la température sur le débit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans les trois schémas ci-dessus, vous pouvez constater que le débit de liquide vers chaque actionneur varie en fonction de la température de l’huile. Remarquez comment le débit et la vitesse de chaque actionneur sont modifiés alors que le débit de la pompe reste constant. CHAPITRE 8 28 de 61 PH11-25/FCV-24 Compensation de température par la dilation d’une tige métallique Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Comme la viscosité de l’huile hydraulique varie avec la température, le débit est influencé par la température. Ces variations de débit au niveau du régulateur de débit modifient la vitesse de l’actionneur. Pour corriger les effets de la température, on ajoute au régulateur de débit un dispositif de compensation de température qui règle un orifice de passage pour corriger les variations de la viscosité. Dans les trois figures ci-dessus, on voit qu’une tige bilame d’aluminium se dilate ou se contracte en fonction de la température de l’huile. La longueur de la tige change et cela modifie la section effective de passage de l’orifice. Cette compensation de température est combinée avec la compensation de pression au niveau de l’orifice de passage. CHAPITRE 8 29 de 61 Compensation de température par un orifice à arête vive Principe de fonctionnement L’écoulement par un orifice calibré standard est sensible aux variations de la viscosité du liquide, alors que cet effet est pratiquement inexistant pour un orifice à arête vive. La plupart du temps quand on dit qu’un régulateur de débit est compensé en température, cela signifie qu’il utilise un orifice à arête vive. La figure ci-dessus montre un régulateur de débit à compensation de température et de pression. CHAPITRE 8 30 de 61 PH11-27/FCV-16 Régulateur de débit à compensation de température et de pression La vitesse de l’actionneur est indépendante des variations de la charge et des fluctuations de température Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Sur cette figure, remarquez que le débit est constant et que la vitesse de l’actionneur ne varie pas quand la température change. C’est le rôle des régulateurs de débit à compensation de température et de pression. CHAPITRE 8 31 de 61 PH11-29/FCV-M-01T Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il existe trois méthodes de régulation du débit pour une vitesse constante de l’actionneur. 1) Contrôler le débit en amont près de l’actionneur. 2) Contrôler le débit en aval de l’actionneur. 3) Dériver une partie du débit du système vers le réservoir en laissant le reste continuer vers l’actionneur. Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée Cette méthode utilise un régulateur qui assure un débit constant à l’entrée de l’actionneur. Notez la position du régulateur dans le circuit de la figure. CHAPITRE 8 32 de 61 PH11-30/FCV-M-02 Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée PRÉCAUTION La présence d’une résistance de la charge est nécessaire Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Pour pouvoir utiliser cette méthode, il faut qu’il y ait toujours une charge sur l’actionneur. Si la charge dépasse le point d’équilibre (et entraîne la tige de l’actionneur), il se produira une dépression entre le régulateur de débit et le piston de l’actionneur, ce qui risque de causer de la cavitation. CHAPITRE 8 33 de 61 PH11-31/FCV-M-16 AVANTAGE 1 Amortissement des à-coups produits par les circuits secondaires NOTA. Le régulateur doit être à compensation de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il y a deux avantages à placer le régulateur de débit en amont de l’actionneur. Premier avantage Le régulateur de débit amortit les à-coups produits par les circuits secondaires. S’il se produit une brusque surpression dans un circuit secondaire, les régulateurs de débit des autres circuits secondaires aideront à l’absorber. Pour cela, les régulateurs doivent être à compensation de pression. CHAPITRE 8 34 de 61 PH11-31/FCV-M-16 AVANTAGE 2 Compensation des fuites de la pompe pour maintenir la vitesse de l’actionneur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Deuxième avantage Le régulateur de débit compense les fuites de la pompe pour maintenir une vitesse constante des actionneurs. Imaginez que les fuites de la pompe soient de 5 gal/min. Cela ne laisserait que 5 gal/min pour alimenter le circuit. Le régulateur de débit peut accepter 5 gal/min avant que la pression ne monte suffisamment pour ouvrir la soupape de surpression. Dans ces conditions, le régulateur d’entrée maintiendra le débit désiré tant que la pompe sera capable de fournir un débit au moins égal. CHAPITRE 8 35 de 61 PH11-33/FCV-M-04 Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée INCONVÉNIENT 1 Dégagement de chaleur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La méthode de contrôle du débit en amont présente cependant trois inconvénients. Premier inconvénient Lorsqu’on règle le régulateur de débit amont dans le sens d’une réduction du débit, il augmente la restriction au niveau de l’orifice. Cette restriction se traduit par des pressions plus élevées qui doivent surmonter les réglages de la soupape surpression. Une pression plus élevée au niveau de l’orifice se traduit par un dégagement de chaleur plus important dans le circuit. CHAPITRE 8 36 de 61 PH11-34/FCV-M-17 Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée INCONVÉNIENT 2 Pas de compensation des pertes de l’actionneur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Deuxième inconvénient Si un actionneur (alimenté par un circuit de contrôle de débit en amont) fuit intérieurement ou extérieurement, il n’y a pas de compensation possible de la perte de débit. À vide, le piston de l’actionneur se déplace le long du vérin et, s’il y a des fuites, il va ralentir. Imaginez une pression de 100 lb/po2 à l’orifice d’un régulateur de débit compensé. Le système peut fournir au régulateur une pression de 500 lb/po2, qui est la valeur de réglage de la soupape de surpression. Une pression de 100 lb/po2 au niveau de l’orifice du régulateur fournit un débit correspondant à une vitesse de 10 pi/min de l’actionneur. Si l’actionneur fuit, le piston ralentira, par exemple, à 5 pi/min et le débit devrait augmenter pour compenser la perte de vitesse. La seule manière d’augmenter le débit est d’augmenter la pression à l’orifice, ce qui accroît la différence de pression et augmente le débit vers le vérin. Cependant, l’augmentation de la contre-pression de l’actionneur est transmise par le passage de détection au côté ressort du tiroir compensateur. Le tiroir se déplace et augmente la pression du système au niveau de l’orifice. Cependant, ceci est impossible, car la fuite du vérin se traduit par une pression moindre que la normale. CHAPITRE 8 37 de 61 PH11-35/FCV-M-10 Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée INCONVÉNIENT 3 Impossible de retenir une charge qui a dépassé son point d’équilibre Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Troisième inconvénient S’il y a une possibilité que la charge dépasse son point d’équilibre, avec le contrôle de débit en amont, l’actionneur ne pourra pas retenir la charge. En fait, c’est la charge qui va tirer le piston au maximum de son extension sans aucun contrôle. Le liquide de la chambre côté charge sera soumis à une forte pression (dépendant du poids de la charge) et sera refoulé à plein débit vers le réservoir. Inutile de dire qu’il y a un risque de blessures et de dommages du côté où la charge va tomber. CHAPITRE 8 38 de 61 PH11-36/FCV-M-02T En cas de doute... choisissez le contrôle du débit en aval! Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Une règle pratique et générale : utilisez le contrôle de débit en aval si vous pensez que l’un de ces trois inconvénients du contrôle de débit en amont peut se matérialiser. CHAPITRE 8 39 de 61 PH11-37/FCV-M-07 Régulation de vitesse par le contrôle du débit d’entrée AVANTAGE 1 Le vérin retient la charge, même au-delà du point d’équilibre Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Il y a deux avantages à placer le régulateur de débit à la sortie de l’actionneur. Premier avantage Un régulateur de débit installé à la sortie d’un actionneur permet d’empêcher les mouvements incontrôlés de la charge. La charge étant soumise à la gravité, le régulateur de débit limite l’écoulement du liquide vers le réservoir à une valeur contrôlée. Cette position du régulateur de débit permet également d’éviter la cavitation dans l’actionneur. CHAPITRE 8 40 de 61 PH11-38/FCV-M-12 Régulation de vitesse par contrôle du débit de sortie AVANTAGE 2 Compensation partielle des fuites de l’actionneur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Deuxième avantage Un régulateur de débit peut compenser partiellement les fuites de l’actionneur s’il est monté en aval de l’orifice de sortie. Pour comprendre cet effet, suivez le débit de liquide dans le système de la figure ci-dessus. La chambre côté culasse de l’actionneur reçoit le plein débit de la pompe. Quand l’actionneur travaille à pleine charge, le débit de la pompe diminue et la position augmente jusqu’à 1000 lb/po2. Cette pression force l’aller du vérin et le levage de la charge. Le liquide sortant de l’actionneur doit traverser le régulateur de débit. La pression résultante à l’orifice à pointeau fait augmenter la pression qui s’exerce sur le tiroir compensateur, à laquelle s’ajoute la force du ressort 250 lb/po2. Le tiroir est donc repoussé partiellement sur les passages d’accès à l’orifice à pointeau. Ceci permet de réduire la pression au niveau de l’orifice à environ 100 lb/po2. La différence de pression est maintenant en place pour maintenir la vitesse désirée. Si l’actionneur subit une fuite interne, la pression de 250 lb/po2 sur le tiroir compensateur va diminuer du fait que la force appliquée sur le piston de l’actionneur baisse. La pression résultante sur le tiroir compensateur permet au ressort de pousser le tiroir un peu plus loin. L’ouverture plus grande du passage vers l’orifice augmente la pression à cet endroit, ce qui accroît la vitesse du liquide sortant. Cette augmentation de débit compense les fuites internes de l’actionneur et maintient sa vitesse. CHAPITRE 8 41 de 61 PH11-39/FCV-M-03 Régulation de vitesse par contrôle du débit de sortie INCONVÉNIENT 1 Production de chaleur Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La régulation de vitesse en sortie présente deux inconvénients. Premier inconvénient Ce mode de régulation produit de la chaleur de deux manières différentes. Lorsque le régulateur de débit est réglé pour freiner le liquide sortant des actionneurs, il produit un effet de ralentissement et d’augmentation de la pression. De la chaleur est également produite par la soupape de surpression qui relâche l’excédent de pression du fluide et le régulateur de débit qui freine le débit à la sortie de l’actionneur. CHAPITRE 8 42 de 61 PH11-40/OVHD-23 Régulation de vitesse par dérivation de débit INCONVÉNIENT 2 Pour comprendre pourquoi et comment cela se produit, examinons d’abord le fonctionnement d’un amplificateur de pression. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Deuxième inconvénient La pression de fluide qui s’établit dans la chambre côté tige du vérin peut augmenter et dépasser celle du système. Cet excès de pression est créé par un effet d’amplification résultant de la différence de surface (chambre fermée et chambre côté tige). Le liquide qui entre dans le vérin à une pression de 3 000 lb/po2 agit sur une surface de 10 po2 d’un côté du piston et sur une surface moindre (côté tige). Pour un débit de 10 gallons par minute dans la chambre ayant la plus grande surface de piston, le liquide de l’autre chambre sera expulsé à grande vitesse hors du vérin. Cela crée un effet de restriction et une élévation de pression de ce côté. CHAPITRE 8 43 de 61 PH11-41/FCV-M-15 Régulation de vitesse par dérivation de débit INCONVÉNIENT 2 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le système hydraulique ci-dessus illustre cet effet d’amplification de la pression. Notez que la pression est de 3 000 lb/po2 dans la chambre fermée du vérin, et de 6 000 lb/po2 dans la chambre côté tige. La pression du système a été doublée par la différence de surface du piston 2:1. CHAPITRE 8 44 de 61 PH11-43/FCV-M-08 Régulation de vitesse par dérivation de débit Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Un régulateur de débit peut contrôler la vitesse d’un actionneur en dérivant une partie du débit de la pompe en amont de l’actionneur. Dans le système ci-dessus, la pompe débite 10 gal/min, dont 1 est perdu dans la pompe sous forme de fuite et revient au réservoir. Des 9 gal/min restants, 5 sont dérivés au réservoir par le régulateur, les 4 autres servant à alimenter l’actionneur. CHAPITRE 8 45 de 61 PH11-44/FCV-M8a Régulation de vitesse par dérivation AVANTAGE 1 Une soupape de surpression n’est plus nécessaire dans ce circuit. Le régulateur de débit est monté en parallèle avec le circuit de l’actionneur. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La régulation de vitesse par dérivation présente deux avantages : 1) il n’est pas nécessaire d’utiliser une soupape de surpression pour contrôler la vitesse de l’actionneur; 2) l’échauffement du liquide ne se fait qu’entre la pression créée par la charge et la pression nominale. Premier avantage Normalement, dans un système hydraulique classique, tout liquide confiné non utilisé par un actionneur crée une certaine pression dans le circuit. Quand cette pression atteint une valeur critique, elle doit être limitée par une soupape de surpression ramenant le liquide au réservoir. Dans les systèmes hydrauliques utilisant la dérivation de débit pour réguler la quantité de liquide envoyée à un actionneur, il n’est pas nécessaire d’utiliser une soupape de surpression pour évacuer le débit excédentaire. En effet, ce débit excédentaire passe par le régulateur de débit et revient au réservoir. En pratique, la soupape de surpression ne sert qu’à assurer la sécurité du système. CHAPITRE 8 46 de 61 PH11-45/FCV-M8b Régulation de vitesse par dérivation de débit AVANTAGE 2 L’échauffement de l’huile ne se fait qu’entre la pression produite par la charge et la pression nominale. Chute de pression produite par le régulateur : 1400 lb/po2 Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Deuxième avantage Dans les systèmes hydrauliques qui utilisent un régulateur de débit en dérivation, l’échauffement de l’huile ne se fait qu’entre la pression produite par la charge et la pression nominale. Dans la figure ci-dessus, la pompe débite 10 gal/min. 5 gal/min passent par le régulateur de débit (avec très peu d’élévation de pression). Les autres 5 gal/min alimentent l’actionneur et produisent une pression égale à celle qu’exige la charge. Là encore, il y a peu d’élévation de pression dans le système et très peu de dégagement de chaleur. Si la charge est élevée, la pression augmente dans le système et produit plus de chaleur dans le régulateur de débit. CHAPITRE 8 47 de 61 PH11-46/FCV-M8d Régulation de vitesse par dérivation de débit INCONVÉNIENT 1 Pas de compensation des fuites de la pompe. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La régulation de vitesse passe par dérivation présente trois inconvénients. Premier inconvénient Le régulateur de débit en parallèle ne peut pas compenser les fuites de la pompe. Dans l’exemple ci-dessus, la pompe débite nominalement 10 gal/min. Au démarrage, le liquide circule dans le système jusqu’à ce qu’il atteigne le régulateur de débit et l’actionneur. La restriction de l’actionneur et l’orifice calibré du régulateur de débit créent une résistance à l’écoulement. La pression du système monte donc jusqu’à 1400 lb/po2 pour arriver à surmonter la contre-pression de la charge et à alimenter l’aller du vérin. La pression du système en amont du régulateur de débit produit une accélération de l’écoulement et 5 gal/min s’échappent par l’orifice calibré. Les 4 gal/min restants du débit de la pompe servent à alimenter l’actionneur pendant l’extension. Si les fuites internes de la pompe augmentent à 2 gal/min, la pression du système sera la même, mais le débit sera réduit d’autant. Pour une pression identique, le régulateur de débit dérive toujours 5 gal/min vers le réservoir, et il ne reste que 3 gal/min pour l’extension de l’actionneur. Autrement dit, le mouvement sera moins rapide avec un débit réduit de la valeur des fuites de la pompe. CHAPITRE 8 48 de 61 PH11-47/FCV-M8e Régulation de vitesse par dérivation de débit INCONVÉNIENT 2 Pas de compensation des fuites du vérin. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Deuxième inconvénient La régulation par dérivation ne compense pas les fuites du vérin. Si une partie du débit reçue par le vérin fuit autour de son piston, ces pertes ne seront pas compensées. Dans l’exemple ci-dessus, la pompe débite nominalement 10 gal/min. 1 gal/min est perdu par les fuites internes, 5 gal/min sont dérivés par le régulateur de débit et le reste, soit 4 gal/min, alimente l’extension du vérin. Pour illustrer le problème de la compensation des fuites de l’actionneur, imaginez que, sur les 4 gal/min disponibles pour l’extension, 1 gal/min est perdu par les fuites autour du piston. Ces fuites se traduisent par une perte de débit (de 25 %). La seule manière de rétablir la vitesse désirée est d’augmenter la pression du système pour accroître le débit fourni à l’actionneur. Pour permettre cette augmentation de pression, le régulateur doit augmenter sa restriction du débit. Pour cela, son tiroir compensateur doit détecter une variation de la pression du système. Cependant, cette variation n’existe pas, car l’augmentation du débit ne sert qu’à compenser les fuites de l’actionneur. Il n’y a donc pas de correction possible. CHAPITRE 8 49 de 61 PH11-48/FCV-M8f Régulation de vitesse par dérivation de débit INCONVÉNIENT 3 L’huile dérivée par le régulateur de débit est l’équivalent d’une fuite permanente. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Troisième inconvénient Dans un système de régulation de vitesse par dérivation, le liquide dérivé vers le réservoir ne sert à rien. Dès qu’il a traversé le régulateur, il perd son potentiel de fournir du travail. Dans la figure ci-dessus, remarquez que la moitié du débit de la pompe revient directement au réservoir. Si l’on voulait utiliser le débit de dérivation pour alimenter un circuit de travail, cela créerait une résistance à l’écoulement modifiant la différence de pression au niveau de l’orifice de dérivation et modifiant le débit. Autrement dit, le débit de dérivation ne peut pas être utilisé sans avoir une incidence sur la différence de pression et perturber l’effet de régulation. CHAPITRE 8 50 de 61 PH11-51/FD-01 Un diviseur de débit est un dispositif recevant un certain débit de liquide sous pression, généralement d’une pompe hydraulique, et le partageant en deux débits égaux ou non. Ces débits peuvent servir : A. à alimenter deux circuits secondaires indépendants à partir de la même pompe; B. à fournir des débits égaux à deux vérins identiques pour synchroniser leurs mouvements. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 8 51 de 61 PH11-52/FD-03 1. Une (1) seule pompe pour plusieurs circuits. 2. Chaque circuit secondaire est indépendant, c’est-à-dire qu’une variation de charge dans un circuit ne modifiera pas la pression et le débit de l’autre. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 8 52 de 61 PH11-53/FD-02 A. Diviseurs à tiroir : ces diviseurs utilisent un tiroir coulissant dans un corps. B. Diviseurs rotatifs : ces diviseurs utilisent des composants rotatifs, très semblables à des moteurs à engrenages, accouplés sur un même arbre. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 8 53 de 61 PH11-54/FD-04 On distingue trois types d’utilisations pour les diviseurs de débit qui présentent des avantages par rapport aux autres méthodes de contrôle. 1. Partage du débit d’une pompe hydraulique en deux flux indépendants pour alimenter deux circuits indépendants. Le diviseur peut être du type à tiroir (proportionnel) ou du type rotatif. 2. Pour égaliser la vitesse de deux (2) vérins ou moteurs hydrauliques devant travailler avec des charges différentes. Les diviseurs proportionnels des deux types peuvent être utilisés et conviennent bien aux applications mobiles dans lesquelles le débit varie en fonction de la vitesse du moteur du véhicule. Pour ces applications, il est préférable d’utiliser un diviseur de débit qu’une paire de régulateurs, car cela permet d’accepter de plus grandes variations du débit de la pompe et de le partager équitablement sans avoir à évacuer l’excédent par une soupape de surpression. On peut obtenir le même résultat en utilisant un combinateur de débits recevant des volumes d’huile identiques des retours de deux vérins. 3. Pour fournir un débit constant (indépendamment des variations du débit de la pompe) à un circuit « prioritaire ». L’excès de débit est dirigé vers une seconde sortie alimentant un autre circuit, ou retourné au réservoir. Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ CHAPITRE 8 54 de 61 PH11-55/FCV-26 Régulation par dérivation de débit et compensation de pression Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Les éléments fonctionnels d’un régulateur à dérivation de débit à compensation de pression sont : 1) corps; 2) ressort taré; 3) tiroir compensateur; 4) orifice calibré réglable par pointeau; 5) orifice d’entrée; 6) orifice de sortie; 7) orifice de retour au réservoir. Notez que le symbole utilisé sur les schémas hydrauliques diffère de celui des autres régulateurs à compensation de pression par la présence du trait horizontal qui représente l’orifice de retour au réservoir. CHAPITRE 8 55 de 61 PH11-56/FCV-07 Régulation par dérivation de débit et compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Cette page et les deux suivantes vous permettront de comprendre étape par étape le principe de fonctionnement du régulateur à dérivation de débit à compensation de pression. Étape 1 Cette figure montre les deux chemins possibles qui s’offrent au liquide. Le premier chemin va de la pompe à l’orifice d’entrée, passe par l’orifice calibré réglé par le pointeau, et sort vers l’actionneur. Étape 2 Le second chemin part également de l’orifice d’entrée, passe sous le tiroir compensateur en position ouverte et sort vers le réservoir. CHAPITRE 8 56 de 61 PH11-57/FCV-05 Régulation par dérivation de débit et compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Étape 3 Sur cette figure, la voie de dérivation vers le réservoir est maintenue fermée par le tiroir compensateur. Le ressort taré exerce une force sur le tiroir qui s’oppose à la pression du liquide et ferme le passage tant que la pression n’est pas suffisante pour surmonter la force du ressort. Au démarrage, tout le débit de la pompe doit passer par la voie directe vers l’actionneur, en traversant l’orifice calibré réglable. Étape 4 Sous l’effet de la contre-pression de l’actionneur qui a rencontré la résistance de la charge, la pression monte à 100 lb/po2 dans le système. Cette pression agit sur le tiroir compensateur dont le ressort taré permet l’ouverture à 100 lb/po2. Le tiroir recule donc en comprimant son ressort et dégage l’orifice de dérivation. Le liquide qui ne passe pas par l’orifice calibré réglable peut maintenant s’écouler directement vers le réservoir. CHAPITRE 8 57 de 61 PH11-58/FCV-06 Régulation par dérivation de débit et compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Étape 5 Dans cette configuration, le régulateur comporte un passage supplémentaire de détection de la pression. Ce passage relie la chambre supérieure du tiroir (qui contient le ressort) au côté aval de l’orifice calibré réglable. La pression qui règne dans le passage en aval de l’orifice calibré réglable est ainsi transmise à la face arrière du tiroir et crée une force qui s’ajoute à celle du ressort taré. CHAPITRE 8 58 de 61 PH11-58/FCV-06 Régulation par dérivation de débit et compensation de pression Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Étape 6 Sur cette figure, le liquide de la pompe s’écoule par les deux voies possibles : 1) de l’orifice d’entrée au tiroir compensateur et à l’orifice de retour au réservoir; 2) de l’orifice d’entrée à l’orifice calibré réglable et à l’orifice de sortie vers l’actionneur. Sur la figure, on voit que la pression du système est de 300 lb/po2, créée par le débit de la pompe contre la résistance de la charge de l’actionneur et du tiroir compensateur. Dans le cas du tiroir compensateur, il suffit de 100 lb/po2 pour surmonter la force du ressort (taré à 100 lb/po2), de sorte que le tiroir s’ouvre et laisse échapper du liquide vers le réservoir. Du côté du passage principal, la pression du système, qui subit une chute de 100 lb/po2 au niveau de l’orifice calibré réglable, est réduite à 200 lb/po2 lorsqu’elle est appliquée à l’actionneur. Le débit de la pompe se partage donc entre la sortie vers l’actionneur et le retour au réservoir. CHAPITRE 8 59 de 61 PH11-59/FD-07 Diviseur de débit à engrenages Principe de fonctionnement Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ La figure ci-dessus illustre un diviseur de débit à engrenages. Il s’agit essentiellement de trois pompes à engrenages incorporées dans un même corps et alimentées en parallèle par le débit de la pompe. Les trois paires d’engrenages sont montées sur des arbres parallèles. À noter que ces « pompes » ne servent pas à fournir un débit, mais plutôt à doser les débits fournis à chacun des trois circuits utilisateurs. Le partage du débit de la pompe dépend des cylindrées respectives des trois pompes de dosage qui tournent nécessairement à la même vitesse. Dans l’exemple de la figure, les trois pompes ont la même cylindrée et produisent donc des débits égaux, soit 10 gal/min chacune, à partir d’une pompe débitant 30 gal/min. CHAPITRE 8 60 de 61 PH11-60/FCV-41 Système de régulation par dérivation et de compensation de pression à débit prioritaire EXEMPLE D’UN CIRCUIT DE DIRECTION Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Dans la figure ci-dessus, un système de régulation de débit à dérivation et compensation de pression est incorporé dans un système de direction hydraulique classique. Le système de direction comprend un distributeur rotatif Orbitrol qui dirige le débit de la pompe vers les actionneurs de direction. Les actionneurs commandent les bras de direction du véhicule lorsque le volant est tourné. Le circuit compris entre le distributeur Orbitrol et les actionneurs est muni d’une double soupape de surpression à flux croisé montée en série pour laisser la surpression de fin de course des vérins. Le circuit de la pompe d’alimentation au distributeur Orbitrol comporte une soupape de surpression parallèle destinée à assurer la protection de cette partie du circuit. CHAPITRE 8 61 de 61 PH11-60/FCV-41 Système de régulation par dérivation et de compensation de pression à débit prioritaire EXEMPLE D’UN CIRCUIT DE DIRECTION Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Le débit de la pompe passe par un régulateur de débit à dérivation, qui est monté en série. Sans ce régulateur, le circuit de direction serait obligé d’absorber constamment le débit de la pompe, ce qui poserait des problèmes pour un véhicule, comme un chariot élévateur, qui doit pouvoir être dirigé avec une grande précision. La fonction du régulateur de débit par dérivation est d’assurer un débit prioritaire pour la direction et d’évacuer le reste vers le réservoir. Le pointeau permet d’ajuster le débit fourni aux vérins de direction et donc de contrôler la vitesse de réponse de la direction. Filtration et maintenance proactive Filtration............................................................................1 Principes de la maintenance proactive .......................31 CHAPITRE 9 1 de 73 Objectif de la filtration L’objectif de la filtration est de débarrasser l’huile de ses impuretés à un point tel que la pollution ne soit pas un facteur contributif des pannes catastrophiques, progressives ou intermittentes de l’un ou l’autre des composants du système tout au long de la durée de vie utile du système. Avant tout, considérons les faits! a. Environ 90 % des pannes de composants hydrauliques sont causées par la pollution de l’huile. b. La plupart des concepteurs se contentent de choisir des filtres dans les catalogues des fabricants sans se préoccuper des besoins globaux de filtration du système. c. La plupart des systèmes hydrauliques souffrent de problèmes reliés à la pollution et causés : a. soit par des filtres mal positionnés par suite d’une mauvaise compréhension de la dynamique des fluides, b. soit par l’incapacité des éléments filtrants de maintenir leurs performances nominales pendant tout l’intervalle de maintenance prescrit. d. Les normes ISO elles-mêmes présentent des faiblesses, car elles ne couvrent pas les accumulations importantes de particules ultrafines (sédiments) en ignorant les impuretés de moins de 5 microns. e. L’huile neuve n’a généralement qu’un niveau de propreté 17/16/14 ou pire. 1. Approche systémique du contrôle de la pollution Une approche systémique du contrôle de la pollution requiert une action sur quatre plans. a. Fixez un objectif de propreté de l’huile. b. Choisissez des filtres permettant d’atteindre ces niveaux. c. Choisissez la position des filtres pour qu’ils soient traversés par un débit maximal. d. Prélevez des échantillons d’huile pour confirmer que les niveaux de propreté sont atteints. MARQUE « X » Filtre sur la tuyauterie de retour Filtre sur la tuyauterie de refoulement Filtre d’aspi- ration Crépine d’aspiration Filtre sur boucle de recirculation CHAPITRE 9 2 de 73 2. Effets de la pollution sur la durée de vie et le fonctionnement des composants hydrauliques Pour déterminer les effets de la pollution sur le fonctionnement et la longévité des systèmes hydrauliques, plusieurs facteurs sont à prendre en considération. a. Comment la pollution altère l’utilisation de l’huile hydraulique. b. Tolérances mécaniques des composants. c. Définition du type de pollution. d. Mécanismes de défaillance induits par la pollution de l’huile. 3. Rôle fonctionnel du liquide hydraulique. Le liquide hydraulique remplit quatre fonctions distinctes. a. Il sert à transmettre l’énergie hydraulique. b. Il sert à lubrifier les pièces mobiles. c. Il sert à évacuer la chaleur. d. Il contribue à l’étanchéité en comblant les tolérances des pièces mobiles. 4. Tolérances mécaniques des composants hydrauliques Les composants hydrauliques se divisent en deux catégories principales du point de vue des tolérances. a. De 2 à 5 microns pour les composants haute pression. b. 15 microns pour les composants basse pression (voir figures 1 et 2). CHAPITRE 9 3 de 73 Pompe à pistons Jeu entre un piston et son alésage (R)* Jeu entre le plateau de distribution et le barillet Jeu entre les patins et le plateau oblique ou oscillant μm 5 – 40 ½ - 5 ½ - 5 po 0,0002 – 0,0015 0,00002 – 0,0002 0,00002 – 0,0002 L’épaisseur du film d’huile aux arêtes des palettes dépend de la vitesse de rotation, de la pression de fonctionnement et de la viscosité de l’huile. Pompe à palettes Jeu entre l’arête de la palette et l’anneau came Jeu entre le plateau de distribution et le rotor μm ½ - 1** ½ - 5 po 0,00002 – 0,00004 0,00002 – 0,0002 Figure 1- Tolérances types dans une pompe à pistons axiaux et dans une pompe à palettes à rotor équilibré CHAPITRE 9 4 de 73 Le jeu entre les dents et le corps varie selon la position angulaire de la dent et permet un léger reflux de liquide sous pression. Pompe à engrenages Jeu entre le pignon et la plaque d’usure des flasques Jeu entre le sommet des dents et le corps μm ½ - 5 ½ - 5 po 0,00002 – 0,0002 0,00002 – 0,0002 Distributeur de commande Jeu entre le tiroir et l’alésage (Jeu radial) μm 5 - 7 po 0,0002 – 0,00027 Figure 2- Tolérances critiques dans une pompe à engrenages et dans un distributeur à tiroir CHAPITRE 9 5 de 73 5. À quoi correspond un micron? Un micron ou « micromètre » est égal à un millionième de mètre ou à un millième de millimètre, soit 39 millionièmes de pouce. La figure ci-dessous illustre quelques dimensions en microns. Un micron est un millionième de mètre = 39 millionièmes de pouce QUELQUES TAILLES RELATIVES Seuil minimal de visibilité (à l’œil nu) 40 MICRONS Globules blancs du sang 25 MICRONS Globules rouges 8 MICRONS Bactéries (Cocci) 2 MICRONS 6. D’où provient la pollution? Il y a quatre grandes sources de pollution de l’huile d’un système hydraulique. 1. Huile neuve impure. 2. Pollution lors du montage. 3. Pollution d’origine externe. 4. Pollution d’origine interne. Particules de fabrication CHAPITRE 9 6 de 73 1. Huile neuve impure. ♦ 100 millilitres d’huile hydraulique neuve contiennent entre 30 et 50 000 particules plus grosses que 5 microns. 2. Pollution lors de la fabrication. ♦ Durant la fabrication et l’assemblage, des particules de tailles et compositions diverses se retrouvent dans les composants et les tuyauteries. 3. Pollution d’origine extérieure. Les voies d’entrée de la pollution sont : ♦ reniflards du réservoir, couvercles supérieurs du réservoir, opérations de maintenance, joints de tige des vérins. Combien de poussière peut entrer par un joint de tige? « ...on considère que les tiges de piston entraînent à l’intérieur des vérins environ six particules de plus 10 microns par pouce carré de surface de frottement de la tige. » « ...un vérin de 4 po ayant une tige de 2 po de diamètre fonctionnant cycliquement à 36 pi/min, absorbe plus de 16 000 particules de 10 micromètres et plus par minute. Cette quantité peut augmenter d’un facteur de 100 pour chaque tranche de 100 heures de fonctionnement. » Huile de marque X CHAPITRE 9 7 de 73 4. Pollution d’origine interne. (Voir la figure 3) Usure par abrasion Des particules dures prises entre deux surfaces mobiles l’une par rapport à l’autre entaillent une ou les deux surfaces. Ce sont les particules de taille comparable au jeu entre les pièces mobiles qui causent l’essentiel de l’usure par abrasion. Les particules plus grosses ne peuvent pas pénétrer et les particules plus petites passent sans contact. Les particules intermédiaires peuvent entrer en contact avec les deux surfaces à la fois. La limaille causée par cette abrasion s’ajoute évidemment à la pollution de l’huile. Les particules les plus grosses sont « moulues » par les contacts avec les surfaces. Usure d’adhérence La rupture du film d’huile permet un contact métal sur métal entre les surfaces mobiles. MOUVEMENT CHAPITRE 9 8 de 73 Contaminant Nature Origine et remarques Sous-produits acides Corrosive Décomposition de l’huile. Peuvent également provenir de la pollution par l’eau des liquides à base d’esters de phosphate. Boue Obstruction Décomposition de l’huile. Eau Émulsion Déjà présente dans l’huile ou introduite par un défaut du système ou par la décomposition des inhibiteurs d’oxydation. Air Soluble Insoluble Les effets peuvent être contrôlés par des additifs anti- émulsion. Excès d’air dû à une purge incomplète, conception défectueuse du système, prise d’air aux raccords. Autres huiles Miscible, mais possibilité de réactions chimiques Ajout de liquides incompatibles, etc. Graisse Miscible ou non miscible À partir des points de graissage. Écailles métalliques Insoluble Mauvais nettoyage des tuyauteries avant l’assemblage. Particules métalliques Insoluble et action catalytique Peuvent être causées par la pollution à l’eau, contrôlables par des additifs anti-oxydants. Écailles de peinture Insoluble, obstruction Peinture intérieure du réservoir ancienne ou incompatible avec le liquide. Particules abrasives Abrasive et obstruction Particules entraînées par l’air (contrôlables avec un filtre à air). Particules élastomères Obstruction Désagrégation des joints. Vérifier la compatibilité des joints avec l’huile utilisée. Particules de produit d’étanchéité Obstruction Aucun produit d’étanchéité ne devrait être utilisé sur les joints de tuyauterie. Sable Abrasive et obstruction Ne jamais utiliser du sable comme remplissage pour cintrer les tubes. Particules d’adhésif Obstruction Ne pas utiliser d’adhésifs ni de composés d’assemblage pour la pose des joints plats. Peluche ou débris de tissu Obstruction N’utiliser que des chiffons non pelucheux pour nettoyer ou déboucher les composants démontés. Figure 3 – Contaminants présents dans les systèmes hydrauliques CHAPITRE 9 9 de 73 Usure par fatigue Les particules frottant entre les pièces mobiles créent en surface des points de concentration de contraintes ou des microfissures qui peuvent progresser et se propager sous l’effet des efforts répétitifs dans la zone endommagée. Usure par érosion De fines particules entraînées à grande vitesse dans le flux de liquide provoquent une érosion des arêtes vives et autres surfaces critiques des orifices calibrés. 1) Initialement, des contraintes apparaissent dans la surface et causent des déformations élastiques et plastiques de la matière. 2) Puis, de microfissures se développent en surface et à faible profondeur pendant le fonctionnement du composant. 3) Sous l’effet des efforts répétés, les défauts du métal et les fissures se combinent pour saper la surface. 4) La surface se désagrège. CHAPITRE 9 10 de 73 Usure par cavitation Les restrictions à l’entrée de la pompe produisent des bulles de vide qui implosent en induisant des chocs capables d’éroder les surfaces critiques. Usure par les bulles d’air Les bulles qui implosent causent une érosion superficielle. Usure par corrosion L’eau ou la pollution chimique de l’huile provoque de la rouille ou d’autres réactions chimiques dégradant les surfaces. CHAPITRE 9 11 de 73 7. Quels sont les types de défaillances? On distingue trois niveaux de défaillance. 1. Défaillance catastrophique – un composant hydraulique subit une défaillance qui entraîne la fragmentation de ses pièces. C’est la forme de panne la plus dangereuse car les fragments sont entraînés dans le système et causent de sévères dommages collatéraux. 2. Panne intermittente – le composant hydraulique devient instable et provoque un fonctionnement erratique. 3. Dégradation – sous l’effet de l’usure progressive, les fuites internes d’un composant augmentent et entraînent un échauffement supplémentaire du liquide. CHAPITRE 9 12 de 73 Figure 4 – Niveaux de pollution acceptables (suggestions) CHAPITRE 9 13 de 73 Figure 5 – Table des codes de propreté recommandés CHAPITRE 9 14 de 73 8. Les fabricants font-ils des recommandations à l’égard de la propreté du liquide? Depuis quelques années, les fabricants d’équipements hydrauliques ont commencé à se référer au système des codes ISO pour spécifier les niveaux de propreté du liquide. (Voir figures 4 et 5) 9. Qu’est-ce que l’ISO? Organisation internationale de normalisation. Qu’est-ce que la table des codes de propreté ISO? (voir ci-dessous) CHAPITRE 9 15 de 73 11. Comment établir un objectif de propreté? a. Déterminez la pression de service du système. Il s’agit de la pression la plus haute atteinte au cours d’un cycle de charge normale. b. Déterminez le niveau de propreté recommandé pour le composant le plus sensible du système. c. Ajustez le code en fonction du type de liquide. d. Ajustez le code en fonction des facteurs extérieurs susceptibles d’accroître les contraintes dans les composants. 12. Comment choisir un code de propreté ISO pour ma machine? La table (figure 5) est une liste des niveaux de propreté recommandés pour les divers composants hydrauliques. À partir de cette table, déterminez le niveau de propreté le plus exigeant (code le plus bas) correspondant au composant le plus sensible du système. Tous les composants qui utilisent le liquide d’un réservoir commun doivent être considérés comme faisant partie d’un même système, même si leurs opérations sont indépendantes ou séquentielles (cas d'une centrale hydraulique alimentant plusieurs machines). La pression nominale du système est la pression la plus haute atteinte par une machine au cours d'un cycle de fonctionnement complet. Pour tout système utilisant un liquide autre que de l’huile minérale à 100 %, choisissez un code d’un degré plus strict pour chaque taille de particules. Exemple. Si la table donne comme code 17/15/13 et si le système utilise un mélange eau-glycol comme liquide hydraulique, fixez un objectif de 16/14/12. 13. À partir du code de propreté ISO, comment choisir le filtre approprié? • Choisissez un filtre de performance Bx=100. • Choisissez un filtre à haute résistance à l’écrasement. • Placez les filtres de manière à ce qu’ils interceptent un maximum d’impuretés. • Choisissez un filtre ayant une durée de service aussi longue que possible. CHAPITRE 9 16 de 73 14. Quelles sont les spécifications courantes pour les filtres? • Facteur de filtration nominale C’est une valeur absolue en microns, indiquée par le fabricant du filtre. En raison de son manque de reproductibilité, cette spécification est fortement déconseillée. • Facteur de filtration absolue Diamètre de la plus grosse particule sphérique dure pouvant traverser le filtre dans les conditions d’essai spécifiées. C’est une représentation de la plus grosse ouverture de pore de l’élément filtrant. • Rapport de filtration « bêta » (ßn) Le rapport bêta est le nombre de particules plus grosses qu’une certaine taille en amont du filtre, divisé par le nombre de particules de la même taille comptées en aval du filtre. CHAPITRE 9 17 de 73 15. Définition du rapport bêta Le rapport bêta est le rapport du nombre de particules plus grosses qu’une taille spécifiée, entrant dans le filtre, et le nombre des particules de même taille qui ont traversé le filtre (voir figure 6). Exemple. Si 4000 particules par millilitre de liquide entrent dans le filtre et que 750 de ces particules traversent le filtre, le rapport de filtration bêta est : 4 000 = 5,33 750 Le même résultat peut être exprimé en rendement de filtration : 750 = 0,1875 4 000 soit 18,75 % L’efficacité du filtre est donc : 100 % – 18,75 % = 81,25 % Donc un rapport bêta de 5,33 = 81,25 % Le rapport bêta est toujours relatif à une taille de particule spécifiée. Exemple. Un rapport B10 = 5,33 signifie que les particules de 10 µm et plus sont arrêtées avec une efficacité de 81,25 %. Consultez la figure 7 pour la correspondance rapport bêta/efficacité en %. CHAPITRE 9 18 de 73 Figure 6- Essai d’efficacité du filtre à passages multiples Figure 7- Tableau de correspondance rapport bêta à efficacité (%) CHAPITRE 9 19 de 73 16. Où placer les filtres dans le système? (Voir la figure 8) Protection de l’ensemble du système. • Tuyauterie de pression • Tuyauterie de retour. • Boucle de recirculation. Protection d’un composant spécialisé. • En amont du composant sensible. • Questions de sécurité. Plusieurs considérations doivent être prises en compte pour déterminer la position idéale d’un filtre dans un système hydraulique. Figure 8 – Emplacement des filtres filtre de boucle de recirculation filtre de refoulement filtre de retour filtre d’aspi- ration crépine d’aspiration CHAPITRE 9 20 de 73 Figure 9 – Crépine d’aspiration en circuit. CHAPITRE 9 21 de 73 Crépine d’aspiration – (figure 9) La crépine d’aspiration est un tamis relativement grossier vissé à l’extrémité de la tuyauterie d’aspiration de la pompe, au fond du réservoir. L’élément lui-même est en toile métallique formant de petites mailles carrées. Sa plage de filtration va de 74 à 200 microns. Une crépine d’aspiration est recommandée sur toutes les pompes fonctionnant en boucle ouverte. Avantages d’une crépine d’aspiration 1. Elle protège la pompe, dans une certaine mesure, des particules qui s’accumulent dans le réservoir. 2. C’est un composant relativement peu coûteux, car il n'a pas de boîtier. 3. Il est facile à nettoyer et à réutiliser. Inconvénients d’une crépine d’aspiration 1. Comme elle est immergée dans l’huile du réservoir, elle est difficile à entretenir, particulièrement si l’huile est chaude. 2. Il n’y a généralement pas d’indicateur de colmatage. Cependant, rien n’empêche de prévoir une prise pour un manomètre sur la tuyauterie d’aspiration, juste à l’extérieur du réservoir pour surveiller l’état de la crépine. 3. Une crépine mal choisie ou mal entretenue peut ralentir le débit de liquide. 4. Une crépine d’aspiration peut freiner considérablement l’écoulement du liquide par temps froid. Procédure recommandée pour le nettoyage d’une crépine d’aspiration. Le nettoyage d’une crépine doit se faire avec des précautions particulières. Utilisez de préférence de l’alcool isopropylique ou une technique de nettoyage aux ultrasons. Si vous utilisez de l’air comprimé pour sécher la crépine, soufflez à partir du côté « propre » seulement. Ne nettoyez pas une crépine dans un bain de solvant utilisé pour d’autres pièces. Le risque est grand que des impuretés « de maintenance » se logent dans la toile métallique. CHAPITRE 9 22 de 73 Figure 10 – Filtre d’aspiration en place. filtre d’aspiration CHAPITRE 9 23 de 73 Filtre d’aspiration – (figure 10) Le filtre d’aspiration se monte dans le réservoir ou dans la tuyauterie d’aspiration entre le réservoir et l’entrée de la pompe. Sa classe de filtration doit être comprise entre 10 et 25 microns. Avantages d’un filtre d’aspiration 1. Il empêche les impuretés du réservoir d’entrer dans la pompe. 2. L’élément filtrant peut être nettoyé sans ouvrir le réservoir ni vidanger le liquide. 3. Dans le cas d’un système en boucle fermée, le filtre maintient la pollution dans le réservoir. 4. Il minimise l’huile répandue, ce qui le rend plus « écologique » (mais il faut une évaluation soigneuse avant la sélection). Inconvénients d’un filtre d’aspiration 1. Si le filtre n’est pas bien choisi et installé, il peut causer de sévères restrictions à l’entrée de la pompe. Les températures ambiantes sont également à considérer lors de la conception. 2. Il ne permet pas une filtration à haute efficacité à cause des contraintes de restriction à l’aspiration de la pompe. Un filtrage trop efficace risque d’aboutir au fonctionnement en mode dérivation. Les clapets de dérivation des filtres d’aspiration sont couramment réglés à 3 lb/po2 (0,21 bar). CHAPITRE 9 24 de 73 Figure 11 – Filtre de refoulement, en circuit. CHAPITRE 9 25 de 73 Filtre de refoulement – (figure 11) Un filtre de refoulement est généralement monté à la sortie de la pompe. Son pouvoir filtrant doit être compris entre 3 et 25 microns. Avantages d’un filtre de refoulement 1. Un filtre de refoulement fonctionne efficacement, car la pression de la pompe force le liquide à travers l’élément filtrant. 2. Un filtre de refoulement peut empêcher les grosses particules qui sont passées à travers la crépine ou le filtre d’aspiration d’entrer dans le système. 3. Un filtre de refoulement arrête également les particules produites par l’usure normale de la pompe. 4. Un filtre de refoulement permet d’arrêter les impuretés créées par le « rodage » d’une pompe non équilibrée avant qu’elle n’entre dans le système. 5. En cas de défaillance catastrophique de la pompe, le filtre arrête les fragments avant leur entrée dans le système. 6. Un filtre de refoulement peut protéger un composant particulier des particules produites par un composant en amont. 7. Un filtre de refoulement peut protéger certains composants sensibles, pour des raisons de sécurité. C’est également le cas pour les composants coûteux. Inconvénients d’un filtre de refoulement 1. Le boîtier d’un filtre de refoulement doit résister à de hautes pressions. Cela le rend relativement coûteux. 2. Le boîtier du filtre de refoulement doit être relativement encombrant et lourd pour résister à la pleine pression du système. CHAPITRE 9 26 de 73 Figure 12 – Filtre sur la tuyauterie de retour, en circuit. CHAPITRE 9 27 de 73 Filtre sur la tuyauterie de retour – (figure 12) Le filtre de la tuyauterie de retour est généralement un filtre monté en ligne ou dans le réservoir, qui intercepte le flux de retour du système. L’élément est spécifié entre 5 et 25 microns. Avantages d’un filtre de retour 1. Il évite que la pollution créée par le système entre dans le réservoir. 2. Son boîtier est moins coûteux, car il fonctionne à une pression nettement plus basse que celle du système. 3. Il permet un degré de filtration relativement élevé, car le liquide est poussé à travers l’élément. Inconvénients d’un filtre de retour 1. Il peut créer une contre-pression perturbant le fonctionnement de certains composants du système. Il s’agit notamment des composants à pression pilote, des joints d’arbre des pompes et des moteurs, ainsi que des tuyauteries de drainage externe. 2. Le degré d’efficacité n’est pas garanti, car la soupape de dérivation est généralement réglée entre 25 et 30 lb/po2 (1,7 et 2,07 bars). Un élément filtrant à haute efficacité peut provoquer l’ouverture du clapet de dérivation, ce qui en fait un filtre en parallèle. 3. Il n’offre pas de protection directe pour les éléments du système. 4. Dans certains cas, le filtre doit être surdimensionné pour accepter le surcroît de débit d’un gros vérin à simple tige ou la purge d’un accumulateur. CHAPITRE 9 28 de 73 Figure 13 – Filtre placé dans une boucle de recirculation CHAPITRE 9 29 de 73 Filtre de boucle de recirculation – (figure 13) Une boucle de recirculation (kidney loop) est un circuit indépendant du système hydraulique, dont la seule fonction est l’épuration de l’huile. Les systèmes hydrauliques utilisent couramment un filtre de retour, un filtre de refoulement ou les deux. Ces filtres sont placés en série sur les tuyauteries principales du système. Un système de filtration auxiliaire est généralement monté en parallèle avec le système hydraulique. Dans certains cas, un refroidisseur est ajouté à la boucle de recirculation. Une boucle auxiliaire de filtrage est fortement recommandée pour les systèmes qui ont des fréquences de cycle relativement basses comme c’est, par exemple, le cas pour une pompe à compensation de pression alimentant une servocommande hydraulique à faible course qui fonctionne une fois par heure. Des études récentes ont démontré les avantages considérables de boucles de filtrage pour les systèmes hydrauliques industriels. La boucle de recirculation peut fonctionner en continu, même quand le système hydraulique principal est à l’arrêt. 17. Comment savoir si le filtre est bien adapté à sa fonction? Pour déterminer l’efficacité du ou des filtres, il faut vérifier la propreté du liquide hydraulique en : • prélevant des échantillons dans la tuyauterie de retour, en amont du filtre de retour; • prélevant des échantillons d’un système actif; • obtenant des comptages de particules pour 2, 5 et 15 microns. CHAPITRE 9 30 de 73 18. Quand faut-il changer un filtre? Tous les filtres devraient être munis d’indicateurs d’état pour simplifier le processus de surveillance de la propreté du liquide hydraulique. 19. Comment peut-on augmenter la durée des éléments filtrants? Pour maximiser la durée de vie de vos éléments filtrants, il suffit de suivre les directives simples ci- dessous : • prendre des précautions pour éviter l’entrée d’impuretés; • surveiller constamment la propreté du liquide; • utiliser un élément ayant une grande capacité d’absorption des impuretés; • utiliser des éléments offrant une grande surface de filtration. 20. Surveillance de la propreté du système. Quels sont les avantages d’une approche systémique du contrôle de la pollution? La sélection des filtres et l’approche systémique permettent d’optimiser le contrôle de la pollution et l’augmentation du coût des filtres et des éléments ajoutés sera rapidement compensée par : a. des gains en performances; b. une augmentation de la longévité des composants; c. une meilleure disponibilité mécanique; d. une augmentation de la durée de vie de l’huile; e. des réparations moins fréquentes et moins coûteuses; f. une réduction des frais d’élimination de l’huile usée. CHAPITRE 9 31 de 73 PH12-01/OVHD-18 Maintenance proactive basée sur la surveillance passive en 10 points Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ Ce programme de surveillance passive continue est essentiellement basé sur des mesures préventives. Il permet d’assurer un fonctionnement durable, fiable et au moindre coût du système hydraulique. L’essentiel de ce programme de maintenance est l’observation et l’enregistrement des conditions de fonctionnement : 1) température ambiante et température de l’huile; 2) restriction d’entrée de la pompe; 3) régime du moteur d’entraînement; 4) précharge du ou des accumulateurs; 5) pression du système; 6) débit de la pompe et des retours de fuites; 7) différence de température entre l’entrée et la sortie du refroidisseur; 8) indicateurs d’état des filtres (colmatage) 9) échantillonnage de l’huile; 10) nettoyage du réservoir. CHAPITRE 9 32 de 73 PH12-01/OVHD-18 Maintenance proactive basée sur la surveillance passive en 10 points Copyright © 2004 FLUID POWER TRAINING INSTITUTE™ On n’insistera jamais trop sur l’importance d’une interprétation correcte des observations. Pour dégager des tendances, il faut comparer les nouvelles à celles qui ont été précédemment enregistrées (historiques). Posez-vous les questions suivantes. L’huile est-elle sale? Les températures de fonctionnement sont-elles trop élevées? Les fuites internes sont-elles excessives? La maintenance préventive traditionnelle conduit souvent au remplacement de pièces qui ont encore un potentiel de vie appréciable. À l’autre extrême, le concept de la maintenance réactive est d’attendre la panne pour la réparer. Cela se traduit souvent par des débris dispersés dans l’ensemble du système, qui sont susceptibles de causer d’autres dommages par la suite. La bonne solution est la maintenance proactive qui vise à remplacer les composants à la fin de leur durée de vie utile. CHAPITRE 9 33 de 73 PH12-02/OVHD-18a Exemple de liste de contrôle pour la maintenance proactive CHAPITRE 9 34 de 73 La température de fonctionnement du système a un effet très important sur la longévité du liquide hydraulique. CHAPITRE 9 35 de 73 Des températures dépassant la température critique de l’huile, généralement vers 140 °F (60 °C), ont un effet sur la viscosité, la stabilité chimique et d’autres attributs du liquide. Une température plus élevée de 18 °F (10 °C) double la vitesse d’oxydation et réduit de moitié la durée de vie de l’huile. Autrement dit, une température de 176 °F (80 °C) réduit des trois quarts la durée de vie de l’huile. Dans de nombreuses applications, la température normale de fonctionnement dépasse cette température critique. Les effets d’une température excessive sont les mêmes quelle qu’en soit la cause. CHAPITRE 9 36 de 73 Une température trop élevée indique généralement qu’il y a des fuites internes ou des frottements anormaux dans les composants. Une autre cause possible est la température ambiante supérieure à la normale. L’ambiance dans laquelle fonctionne l’équipement a un effet direct sur la température de l’huile. Si la température ambiante augmente de 10 degrés, celle du liquide augmentera de la même valeur. CHAPITRE 9 37 de 73 La surveillance de la température de l’huile est utile pour le personnel de maintenance et indique s’il y a lieu d’ajouter un refroidisseur. Une fois la température normale connue, il est possible de déterminer la durée de vie de l’huile utilisée. Il est également facile de déterminer s’il y a un risque de problèmes de fonctionnement. CHAPITRE 9 38 de 73 Aujourd’hui, il est facile de surveiller les températures en utilisant un thermomètre laser. Cet instrument comporte un certain nombre d’avantages, tels que : 1) aucune installation nécessaire; 2) lecture instantanée; 3) possibilité de lecture à distance (plus sûre et plus commode); 4) il est insensible à la température ambiante. CHAPITRE 9 39 de 73 Les conditions de travail de la pompe influencent le fonctionnement de l’ensemble du système. Une mesure de la dépression d’entrée de la pompe permet de détecter divers problèmes allant d’un reniflard colmaté à des fuites d’air à l’entrée de la pompe. Une compréhension claire des mesures effectuées aidera à déterminer les conditions de fonctionnement du système. CHAPITRE 9 40 de 73 La pression de l’air à l’intérieur du réservoir fait monter l’eau dans le tuyau vertical. Dans un réservoir fermé, une certaine pression d’air aide le liquide hydraulique à monter jusqu’à la pompe. Dans un réservoir ouvert, la seule pression existante est la pression atmosphérique. CHAPITRE 9 41 de 73 Restriction d’entrée Quand le piston de la pompe se rétracte, il crée une dépression dans la chambre de pompage. Une dépression signifie que la pression de la chambre est inférieure à la pression atmosphérique et ce « vide partiel » doit être comblé par un fluide à la pression atmosphérique. La seule communication entre la pression atmosphérique et la chambre en dépression est le tuyau d’entrée de la pompe. Comme il se trouve au fond du réservoir, la pression atmosphérique agissant sur la surface de l’huile « pousse » celle-ci vers la chambre de pompage. 1. Pendant sa course d’aspiration, le piston de la pompe se déplace et la chambre de pompage s’agrandit. 2. Un vide partiel est créé dans la chambre de pompage. 3. La pression atmosphérique dans le réservoir pousse l’huile dans la chambre de pompage pour combler le vide. Vers l’actionneur Chambre de pompage CHAPITRE 9 42 de 73 INT-15a Pour déterminer le degré de restriction d’entrée, il faut mesurer la dépression existant entre le réservoir et la pompe. La dépression d’entrée de la pompe doit être nulle à l’arrêt. Dans toutes les autres conditions, il doit y avoir une différence. Une règle empirique est qu’en fonctionnement normal, la dépression doit être comprise entre 4 et 8 po de mercure, selon le type de pompe. Connaissant ces valeurs normales, le technicien peut déterminer les causes possibles d’une lecture anormale. 1. La rotation des engrenages dans le corps de la pompe... 3. La pression atmosphérique pousse l’huile dans la chambre de pompage pour combler le vide. 2. ...crée un vide partiel à ce point. CHAPITRE 9 43 de 73 INT-15a Les causes possibles d’une dépression anormale sont les suivantes. Dépression excessive 1) Reniflard du réservoir bouché 2) Basse pression d’air dans un réservoir fermé 3) Crépine d’aspiration colmatée 4) Viscosité anormalement élevée de l’huile 5) Tuyauterie d’entrée bouchée ou encrassée 6) Vitesse excessive de la pompe Dépression basse 1) Pompe usée 2) Raccords desserrés sur la tuyauterie d’entrée (prises d’air) 3) Bas niveau d’huile 1. La rotation des engrenages dans le corps de la pompe... 3. La pression atmosphérique pousse l’huile dans la chambre de pompage pour combler le vide. 2. ...crée un vide partiel à ce point. CHAPITRE 9 44 de 73 Un dépressiomètre branché à l’entrée de la pompe permet de mesurer le degré de restriction. CHAPITRE 9 45 de 73 La vitesse de la pompe doit être connue pour déterminer si le débit d’huile est correct. CHAPITRE 9 46 de 73 Toutes les pompes volumétriques ont une cylindrée nominale. Dans ce cas, la cylindrée est de 2,2 po3 par tour. À chaque tour complet, la pompe transfère un volume spécifique de liquide de son entrée à sa sortie. Il est donc évident que la vitesse de rotation de la pompe détermine directement son débit. Si le moteur d’entraînement tourne à une vitesse réduite, la pompe produira un débit réduit et le technicien pourra considérer qu’elle est défectueuse. À l’inverse, une vitesse excessive du moteur produira une dépression excessive pouvant aller jusqu’à la cavitation. 2,2 po3 2,2 po3 1. Cylindrée nominale = 2,2 po3/tour 2. Un tour complet de l’arbre déplace 2,2 po3. CHAPITRE 9 47 de 73 Comment calculer le débit d’une pompe Vitesse du moteur d’entraînement 1. À partir du numéro de pièce de la pompe ou des spécifications du fabricant, déterminez la cylindrée. 2. Déterminez la vitesse de rotation de l’arbre. CYLINDRÉE X VITESSE DÉBIT = _________________________ 231 avec DÉBIT = gallons par minute (gal/min) CYLINDRÉE = pouces cubes par tour (po3/tr) VITESSE = tours par minute (tr/min) 231 po3 = 1 gallon US Exemple CYLINDRÉE = 2,2 po3/tr VITESSE = 1750 tr/min DÉBIT (gal/min) = 2,2 po3 X 1750 tr/min 231 po3 DÉBIT (gal/min) = 16,67 gal/min - (théorique) CHAPITRE 9 48 de 73 La vitesse d’un actionneur dépend directement du débit de la pompe. Si vous utilisez une pompe plus grosse, l’actionneur se déplacera plus vite. Ceci est vrai pour les vérins comme pour les moteurs hydrauliques. Pour régler la vitesse d’un actionneur, on peut soit faire varier le débit de la pompe, soit dériver une partie d’un débit constant. Les variations de débit peuvent être obtenues en utilisant une pompe à cylindrée variable ou un régulateur de débit. CHAPITRE 9 49 de 73 CHAPITRE 9 50 de 73 Pour déterminer la vitesse d’un moteur, utilisez un tachymètre portatif. Ne vous fiez pas au tachymètre du moteur qui est souvent imprécis. CHAPITRE 9 51 de 73 Effectuez des vérifications périodiques de la précharge des accumulateurs. La pression du gaz doit être correcte pour que l’accumulateur fournisse les pressions et les débits prévus. CHAPITRE 9 52 de 73 ACC-07 HUILE CHAPITRE 9 53 de 73 CHAPITRE 9 54 de 73 Pour la sécurité et la précision de la précharge, consultez la figure 1 ci-contre qui illustre la disposition de l’équipement de précharge CHAPITRE 9 55 de 73 Le réglage de la pression maximale du système au niveau de la soupape de surpression est important pour éviter les dommages à l’équipement et à la charge. CHAPITRE 9 56 de 73 CHAPITRE 9 57 de 73 La pression du système se mesure au moyen d’un manomètre. CHAPITRE 9 58 de 73 1,0 gal/min 3,0 gal/min 1,0 gal/min 3,0 gal/min CHAPITRE 9 59 de 73 Le rendement volumétrique mesure le débit réel de la pompe en pourcentage de son débit théorique. La différence est liée aux fuites internes de la pompe. Ces fuites augmentent avec la différence de pression entre la sortie et l’entrée de la pompe, c’est-à-dire avec la pression du système. Le rendement volumétrique est calculé dans des conditions et pour une pression spécifiques. Consultez les spécifications du fabricant pour les questions de rendement. RENDEMENT Débit réel VOLUMÉTRIQUE = x 100 ( %) Débit théorique CHAPITRE 9 60 de 73 Ce graphique des performances permet de mettre rapidement en évidence l’état de la pompe. CHAPITRE 9 61 de 73 La mesure des performances de la pompe permet de déterminer l’importance des fuites et l’endroit où le liquide se rassemble. Toutes les pompes ont des fuites, ne serait-ce que pour la lubrification de leurs éléments. Ces fuites peuvent s’écouler à l’intérieur ou à l’extérieur, selon le type et la conception de la pompe. Dans les pompes à engrenages, Gerotor et à palettes à rotor non équilibré, les fuites se font vers l’entrée de la pompe et il n’y a pas de fuite hydraulique à l’extérieur du boîtier. Par contre, dans les pompes à pistons radiaux et axiaux, les pompes à axe oblique et les pompes à palettes à rotor équilibré, les fuites se produisent à deux endroits : d’une part à la sortie de la pompe, au niveau du plateau de distribution. Ces fuites reviennent à l’entrée de la pompe. Par contre, les fuites entre les pistons et leurs alésages, et entre les pistons et le plateau oblique s'accumulent dans le corps de la pompe et reviennent au réservoir par des drains extérieurs. Le drainage externe est destiné à éviter l'accumulation de pression dans le corps de la pompe, ce qui pourrait endommager les joints et causer des fuites supplémentaires. Dans les pompes à palettes à rotor équilibré, les fuites entre les palettes et les plaques de pression latérales ne reviennent pas à l’entrée de la pompe et doivent être évacuées extérieurement. CHAPITRE 9 62 de 73 Le débitmètre est l’instrument à utiliser, mais il doit être prévu pour l’ordre de grandeur du débit à mesurer. CHAPITRE 9 63 de 73 Différence de température entre l’entrée et la sortie d’un refroidisseur En calculant la différence de température entre l’entrée et la sortie du refroidisseur, on peut déterminer la capacité de refroidissement, c’est-à-dire la quantité de chaleur extraite du liquide hydraulique. La surveillance de la température du liquide permet d’anticiper des problèmes de refroidissement et de les corriger avant que l’équipement ne subisse des dommages. CHAPITRE 9 64 de 73 Refroidisseur air-huile – IDENTIFICATION DES ÉLÉMENTS RES-02 Illustration des différentes parties d’un refroidisseur air-huile (radiateur). CHAPITRE 9 65 de 73 Refroidisseur eau-huile – IDENTIFICATION DES ÉLÉMENTS RES-02a Illustration des différentes parties d’un refroidisseur eau-huile. CHAPITRE 9 66 de 73 Outils de diagnostic nécessaires pour surveiller la température de l’huile La surveillance des températures faite au moyen d’un thermomètre à lecture directe ou d’un thermomètre laser. CHAPITRE 9 67 de 73 Filtration Le système est protégé par des filtres qui permettent de prolonger la durée de vie des composants hydrauliques. CHAPITRE 9 68 de 73 LES FILTRES... dépense ou investissement? Comme la figure ci-dessus le suggère, les frais d’entretien des filtres d’un système sont bien peu de chose face aux revenus générés par l’installation. Cette machinerie coûteuse produit chaque jour en revenus presque l’équivalent de son coût. L’argent consacré à sa maintenance est donc un investissement bien placé. Un composant aussi peu cher qu’un filtre est la clé du maintien de la production. Aussi étonnant que ce soit, la surveillance et la maintenance du système ne sont pas des dépenses et permettent d’intervenir à temps pour éviter de coûteux arrêt de production! Ce système de 80 000,00 $... crée un revenu brut de 200 000,00 $ par poste de travail... faisant tourner une machine de production de 250 000,00 $ CHAPITRE 9 69 de 73 Un programme d’échantillonnage de l’huile permet de surveiller l’état du liquide hydraulique. Le texte suivant publié par un laboratoire d’analyse illustre parfaitement les avantages d’un programme d’échantillonnage de l’huile. • Détecter les problèmes avant qu’ils ne deviennent des pannes catastrophiques. • Planifier les arrêts de production et anticiper le coût des réparations. • Surveiller les calendriers et les pratiques de maintenance afin de confirmer que les interventions nécessaires sont faites au moment opportun. • Maintenir la valeur de l’équipement en fournissant une preuve tangible d’une maintenance appropriée. ÉCHANTILLONNAGE DE L’HUILE CHAPITRE 9 70 de 73 Ce programme d’échantillonnage de l’huile permet d’effectuer les analyses suivantes sur le liquide hydraulique : ASTM D5185 – Spectroscopie ICP (particules d’usure, additifs et impuretés) ASTM D445 – Viscosité cinématique à 40 °C ISO 4406 – Comptage des particules (niveau de propreté) ASTM D6304 – Détermination d’eau Karl Fisher (% d’eau dans l’huile) si les autres essais détectent la présence d’eau. De plus, L’échantillon est soumis à une inspection visuelle complète. Pour prélever l’échantillon, laissez couler une certaine quantité d’huile dans la bouteille d’échantillonnage fournie par le laboratoire. L’échantillon est envoyé à l’analyse et les résultats sont retournés avec les recommandations du laboratoire. CHAPITRE 9 71 de 73 CHAPITRE 9 72 de 73 Le nettoyage du réservoir doit se faire à chaque remplacement de l’huile du système, dans le cadre d’un programme de maintenance. L’idée est évidemment d’éliminer toutes les impuretés du système avant d’ajouter du liquide propre. L’échantillonnage de l’huile indiquera si un nettoyage plus poussé est nécessaire. Si l’équipement n’est pas surveillé par un programme d’échantillonnage de l’huile, il est important d’établir une procédure de maintenance avec des intervalles appropriés pour déterminer si des impuretés se sont déposées au fond du réservoir. 10 NETTOYAGE DU RÉSERVOIR CHAPITRE 9 73 de 73 Le nettoyage du réservoir doit inclure tous les reniflards et les tuyauteries de purge. Il doit aussi être l’occasion de vérifier les raccords et les pièces de fixation. Guide de dépannage des composants hydrauliques Le dépannage efficace en huit étapes.......................................... 1 Essais de restriction d’entrée de la pompe ................................. 3 Essais de débit d’une pompe à cylindrée fixe ........................... 15 Essais de fuites des pompes volumétriques............................. 38 Essais de pression de carter des pompes volumétriques ...... 51 Essais des soupapes de surpression ........................................ 68 Essais des clapets antiretour..................................................... 74 Essais d’étanchéité des vérins .................................................. 80 Essais des distributeurs de commande directionnelle ........... 90 Essais des modules de circuit sandwich.................................. 99 Essais des moteurs à drainage interne.................................... 107 CHAPITRE 10 1 de 123 Le dépannage efficace en huit étapes 1. Apprenez à connaître la fonction de chaque composant. Pour chaque composant hydraulique du système, vous devez connaître deux choses afin de pouvoir planifier efficacement une stratégie de dépannage. En premier lieu, vous devez connaître le rôle du composant, c’est-à-dire en quoi il contribue au fonctionnement du système. En second lieu, vous devez connaître son fonctionnement théorique. 2. Familiarisez-vous avec le fonctionnement théorique de chaque composant. Si vous ne savez pas comment il fonctionne, il vous sera difficile de savoir pourquoi il ne fonctionne pas! 3. Dans le contexte du dépannage, les composants sont classés en deux catégories : « avec fuites » et « sans fuites ». Tous les composants hydrauliques ont un certain nombre de pièces mobiles l’une par rapport à l’autre. Ces pièces mobiles ont généralement des jeux qui contiennent de l’huile. Dans la plupart des cas, ces jeux sont soumis à une différence de pression qui pousse l’huile vers l’extérieur. Pour simplifier la classification, nous les appellerons « composants avec fuites ». D’autres composants ne doivent normalement pas avoir de fuites à l’extérieur. Par exemple, une soupape de surpression contient un ressort appliquant un clapet sur un siège. Il n’y a pas de contact avec l’extérieur et aucun risque de fuites hors de son corps. Nous appellerons cette catégorie les « composants sans fuites ». 4. Familiarisez-vous avec le fonctionnement normal de chaque composant. Quelles sont les fuites « normales » d’une pompe, d’une soupape de surpression, d’un distributeur de commande? Cette information est souvent difficile ou impossible à obtenir. Le secret est d’avoir une idée des fuites « normales » du composant. Cela vous permettra de détecter facilement des fuites anormales. 5. Familiarisez-vous avec les règles génériques pour chaque groupe de composants. Comme exemple de groupe de composants, prenons les pompes à pistons. Tous les fabricants cherchent à obtenir un rendement volumétrique maximal pour les pompes qu’ils conçoivent. Si vous examinez les spécifications, vous constaterez qu’elles ont à peu près les mêmes taux de fuites dans les mêmes conditions de fonctionnement. Si le rendement volumétrique moyen des pompes à pistons est d’environ 96 %, la règle générique correspondante est « les pompes à pistons ont à peu près 4 % de fuites ». CHAPITRE 10 2 de 123 6. Utilisez le bon équipement d’essai et apprenez à bien l’utiliser. Il est physiquement impossible d’évaluer la dynamique d’un système hydraulique sans un équipement d’essai approprié. Plus important encore, il est impossible de le faire sans compromettre la sécurité. Il est essentiel de disposer d’équipements et d’instruments de bonne qualité et de savoir les utiliser correctement. 7. Souvenez-vous des règles de sécurité. Un système hydraulique présente des dangers inhérents. Dans la plupart des cas, l’hydraulique est plus dangereuse que l’électricité. Une personne n’ayant pas la formation appropriée ne devrait jamais travailler sur un système hydraulique ou autour. 8. Apprenez à reconnaître les symptômes - OBSERVEZ et ÉCOUTEZ! Un technicien dépannant un système hydraulique est comme un médecin de famille. Le médecin va ÉCOUTER vos problèmes, POSER des questions et procéder à une auscultation physique pour déterminer les symptômes. Le dépannage d’un système hydraulique procède de la même manière : recueillir les faits, les évaluer et procéder à un examen physique. CHAPITRE 10 3 de 123 1. Procédure d’essai pour mesurer la restriction d’entrée d’une pompe RÉVISEZ la théorie de fonctionnement du côté aspiration d’une pompe hydraulique Figure 1 – Fonctionnement théorique du côté aspiration d’une pompe – exemple d’une pompe à engrenages externes Quelques points importants pour vérifier le côté aspiration d’une pompe hydraulique. 1. La restriction d’entrée s’exprime par la dépression de la pompe du côté aspiration de la pompe, lorsqu’elle tourne à son débit nominal (gal/min max.). 2. Sauf indication contraire, la restriction d’entrée de la pompe est une valeur maximale à une température prédéterminée de l’huile de l’ordre de 130 °F (54 °C). Restriction d’entrée de la pompe Il existe trois types généraux de pompe hydraulique : à pistons, à palettes et à engrenages. La restriction d’entrée maximale pour chaque genre de pompe, à la température normale de fonctionnement (130 °F (54 °C)) est : pistons : 4 po (5-10 cm) Hg palettes : 6 po (10-15 cm) Hg engrenages : 8 po (15-20 cm) Hg CHAPITRE 10 4 de 123 3. Pour mesurer la restriction d’entrée d’une pompe, installez un manomètre en parallèle avec le raccord d’entrée de la pompe. 4. Si la dépression créée à l’entrée de la pompe est plus forte ou plus faible que la normale, il y a un risque de cavitation. 5. La cavitation est définie comme la formation et l’implosion de bulles de gaz dans un liquide. 6. Si l’entrée de la pompe est partiellement obstruée, la restriction sera plus forte que la normale. 7. S’il y a une prise d’air à l’entrée de la pompe, la restriction sera plus faible que la normale (figure 2). 8. L’aspiration d’air dans la pompe cause un phénomène appelé « pseudo-cavitation ». Figure 2 – Restriction d’entrée d’une pompe 9. Lorsque vous vérifiez la restriction d’entrée d’une pompe à volume variable (telle qu’une pompe à compensation de pression ou à détection de charge), il est important de vérifier que la pompe tourne à son débit maximum pendant l’essai. 10. Le débit de la pompe est proportionnel à sa vitesse de rotation. Un débit plus important, causé par une vitesse excessive de la pompe, augmente la restriction d’entrée. Il est donc important de vérifier la vitesse de rotation de la pompe avant de procéder à un diagnostic sur la restriction d’entrée. CHAPITRE 10 5 de 123 Cavitation des pompes Procédure d’essai en circuit But de la procédure d’essai La définition de la cavitation est : « formation et implosion de bulles gazeuses au sein d’un liquide ». En règle générale, les premiers signes de la cavitation dans un système hydraulique sont un bruit excessif de la pompe, des températures de fonctionnement élevées et un fonctionnement erratique des actionneurs. L’huile hydraulique contient environ 10 % d’air dissous. Lorsque ce liquide est soumis à une dépression (un vide partiel), l’air dissous « dégaze » et forme des bulles dans le circuit hydraulique. À basse pression, l’huile elle-même forme des bulles de vapeur. En arrivant dans une zone de pression positive, ces bulles « implosent » violemment à proximité immédiate de l’orifice de sortie de la pompe. L’implosion est un phénomène si violent que le mélange de vapeur d’huile et d’air peut s’enflammer par effet diesel. Ces implosions créent un bruit de martèlement à haute fréquence et causent une érosion rapide des surfaces métalliques. Les particules arrachées par l’érosion sont transportées par le liquide et peuvent causer une détérioration d’autres composants du système. Une caractéristique de la véritable cavitation est que les cavités de vide du liquide « disparaissent » complètement lorsqu’elles rencontrent une pression positive à la sortie de la pompe. On confond souvent la cavitation et l’« aération » qui est un phénomène différent, mais aux effets semblables. L’aération est causée par une entrée d’air en amont de la pompe. Comme il ne s’agit pas de bulles de vapeur d’huile, la cavitation produite par l’aération ou l’émulsion de l’huile est appelée « pseudo-cavitation ». L’analyse des conditions d’entrée de la pompe nécessite une attention particulière. On ne peut pas simplement présumer que l’idéal est « une restriction d’entrée aussi faible que possible » comme l’affirment de nombreux textes spécialisés. Sans un point de référence, cette information peut être extrêmement trompeuse. Il est de la plus haute importance de connaître la restriction d’entrée de la pompe dans les conditions normales de fonctionnement. Une fois que les variations normales des conditions d’entrée de la pompe sont connues, on dispose d’un point de référence par rapport auquel les variations normales sont faciles à détecter. Par exemple, si une pompe présente des signes de cavitation et devient bruyante à haute température, un dépressiomètre branché à l’entrée de la pompe permettra d’en vérifier la cause fondamentale. Si le dépressiomètre indique une restriction d’entrée largement inférieure au maximum permis par le fabricant, il est évident que la cause du problème n’est pas la cavitation. CHAPITRE 10 6 de 123 À l’inverse, si les conditions normales de fonctionnement correspondent à une restriction d’entrée de 127 mm Hg (5 po Hg), à la température normale de fonctionnement, la conclusion est beaucoup moins tranchée. Dans les mêmes conditions, si la restriction d’entrée n’est que de 50 mm Hg (2 po Hg), on peut conclure sans risque qu’il y a une prise d’air à l’entrée de la pompe. Un dépannage efficace des composants hydrauliques ne peut se faire qu’en connaissant les variations normales du comportement des composants, afin de détecter facilement les variations anormales. La cavitation peut être causée par : a. une restriction excessive de l’écoulement d’huile à l’entrée de la pompe; b. une prise d’air en amont de l’entrée de la pompe (aération de l’huile, ou pseudo-cavitation). Les symptômes les plus courants de la cavitation de la pompe sont : a. pompe bruyante; b. élévation de modérée à forte de la température du liquide; c. fonctionnement erratique des actionneurs; d. présence d’air dans l’huile (émulsion). La procédure d’essai vise à déterminer : a. si la restriction d’entrée est supérieure à la normale en l’absence de signes d’aération (émulsion du liquide); b. si la restriction d’entrée est supérieure à la normale associée à l’aération; c. si la restriction d’entrée est inférieure à la normale associée à l’aération (émulsion du liquide). POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT ATTENTION! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Pyromètre 3. Tachymètre 2. Dépressiomètre CHAPITRE 10 7 de 123 Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 3. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 3. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le dépressiomètre (1) en parallèle avec le raccord d’entrée de la pompe. Étape 5. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. Étape 6. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 °C (130 °F). Observez le pyromètre (2). Étape 7. Notez sur la fiche la température lue sur le pyromètre (2). Étape 8. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. Notez sur la fiche la vitesse de la pompe mesurée au tachymètre (3). NOTA. Si la pompe est entraînée par un moteur thermique ou par une prise de force, vérifiez le rapport d’engrenages dans la documentation du fabricant. Cette information peut être utilisée pour calculer la vitesse réelle de la pompe. La restriction d’entrée de la pompe dépend directement de la vitesse de rotation. Une augmentation de la vitesse de la pompe entraînera nécessairement une augmentation proportionnelle du débit. Une augmentation de débit augmente la résistance dans la tuyauterie d’entrée de la pompe, ce qui peut entraîner la cavitation. Si nécessaire, réglez la vitesse du moteur à la valeur recommandée, ou changez de rapport d’engrenages. Respectez la documentation du fabricant de la pompe pour les vitesses maximale et minimale recommandées. Étape 9. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. Notez sur la fiche d’essai la valeur de la restriction d’entrée de la pompe indiquée par le dépressiomètre (1). PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 8 de 123 NOTA. a. Si la restriction d’entrée de la pompe dépasse les indications de la documentation du fabricant sans qu’il y ait de signes évidents d’aération, reportez-vous à la table d’analyse systématique des causes, page 11. b. Si la restriction d’entrée de la pompe dépasse les indications de la documentation du fabricant en matière de signes d’aération, reportez-vous à la table d’analyse systématique des causes, page 12. c. Si la restriction d’entrée de la pompe est plus faible que les indications de la documentation du fabricant en matière d’aération, reportez-vous à la table d’analyse systématique des causes, page 13. ATTENTION! Si la restriction d’entrée de la pompe dépasse le maximum fixé par le fabricant, NE FAITES PAS tourner la pompe plus longtemps que nécessaire pour effectuer l’analyse systématique des causes. Étape 10. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 11. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 12. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. NOTA. Pour déterminer la cause initiale d’une restriction d’entrée anormalement élevée, vous devez vérifier chaque composant interposé entre la pompe et le réservoir. Pour isoler la cause, déplacez progressivement le dépressiomètre de l’entrée de la pompe vers le réservoir. Mesurez la dépression à chaque raccord jusqu’à ce qu’il y ait une baisse marquée indiquant la restriction. CAVITATION – En général, toute restriction créant à l’entrée de la pompe une dépression supérieure à 254 mm Hg (10 po Hg), à la température normale de fonctionnement, est excessive. Pour une pompe hydraulique fonctionnant à sa température normale (environ 60 °C (140 °F), la dépression d’entrée ne devrait pas dépasser la valeur ci-dessous (sauf indications particulières du fabricant). Pompes à pistons : de 51 mm à 102 mm Hg (de 2 po à 4 po Hg) Pompes à palettes : de 102 mm à 152 mm Hg (de 4 po à 6 po Hg) Pompes à engrenages : de 52 mm à 203 mm Hg (de 6 po à 8 po Hg) ÉVALUATION INITIALE ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 9 de 123 AÉRATION – Une restriction d’entrée supérieure à la normale est un symptôme de prise d’air (aération) en amont de l’aspiration de la pompe. ATTENTION! La cavitation doit être considérée comme une anomalie grave, car elle peut conduire à une rapide détérioration de la pompe et de l’ensemble du système hydraulique. On peut distinguer visuellement la pseudo-cavitation causée par une prise d’air à l’entrée de la pompe (faible restriction d’entrée) et la vraie cavitation causée par une aspiration excessive (restriction d’entrée élevée). En cas d’aération, la pompe émet un bruit haute fréquence dont l’intensité varie avec la pression. La différence avec la cavitation est que les poches d’air aspirées dans la pompe ne disparaissent pas après avoir « implosé » à sa sortie. L’air est littéralement pompé dans l’ensemble du système. Si la prise d’air n’est pas corrigée, la totalité de l’huile hydraulique va devenir émulsifiée. La présence d’air cause un fonctionnement erratique des actionneurs, un dégagement de chaleur excessif et des vibrations. Au lieu d’être incompressible, l’huile devient « spongieuse » et d’une couleur plus claire. L’aération est souvent confondue avec la contamination par de l’eau. Lorsque l’huile est émulsifiée, la présence de bulles d’air entraîne la rupture des films lubrifiants entre les pièces mobiles du système. Cette situation s’accompagne d’une usure par adhérence accrue et peut conduire au grippage des pièces. L’entraînement d’air dans le circuit est une situation grave conduisant à une dégradation rapide de l’ensemble du système hydraulique. CHAPITRE 10 10 de 123 CHAPITRE 10 11 de 123 Cavitation de la pompe – Analyse systématique des causes OBSERVATION Température ambiante basse La viscosité de l’huile est élevée au point de réduire sensiblement l’écoulement à l’entrée de la pompe. Vitesse de la pompe Vitesse excessive ne permettant pas aux chambres de pompage de se remplir complètement. Viscosité de l’huile Mauvais choix de l’huile dont la viscosité empêche l’huile de s’écouler normalement vers la pompe. 1) Capacité de filtrage mal adaptée au débit de la pompe. Crépine 2) Crépine colmatée par suite d’une pollution excessive de l’huile ou d’un manque d’entretien. Filtre d’aspiration Solution non recommandée pour la plupart des applications en boucle ouverte. Respecter les directives du fabricant de la pompe. Tuyauterie d’aspiration : diamètre Diamètre trop petit pour le débit de la pompe. La vitesse de l’huile est excessive, ce qui crée une résistance anormale à l’écoulement. Tuyauterie d’aspiration : longueur Une tuyauterie trop longue crée une résistance anormale à l’écoulement. Tuyauterie d’aspiration : type Tuyauterie mal adaptée pour l’aspiration. Le flexible s’écrase ou une couche interne se sépare sous l’effet de la dépression. Position relative pompe/réservoir L’entrée de la pompe est trop haute au-dessus du réservoir. L’aspiration nécessaire pour faire monter l’huile du réservoir est trop forte (résistance à l’écoulement et pression statique de la colonne d’huile). Robinet d’isolement pompe/réservoir Conception mal adaptée : diamètre trop petit ou passage interne freinant trop l’écoulement. Dépression au réservoir hydraulique Le réservoir est en dépression par rapport à l’atmosphère. Cela peut être dû à un reniflard ou à bouchon de remplissage défectueux. Un bouchon sans mise à l’air libre ne permet pas de compenser la contraction de l’huile sous l’effet de la température. Restriction d’entrée élevée sans signes évidents d’aération. CHAPITRE 10 12 de 123 Orifice d’entrée de la pompe Mauvais choix de raccord d’entrée empêchant l’écoulement normal de l’huile vers les chambres de pompage. Cette anomalie ne peut pas être détectée à l’aide d’un dépressiomètre branché en amont de la pompe. Réservoir non pressurisé Dans certaines applications, le réservoir doit être pressurisé pour faire monter l’huile vers l’orifice de la pompe. Ce genre de réservoir est employé dans les applications à grand débit en boucle ouverte. CHAPITRE 10 13 de 123 Cavitation de la pompe Analyse systématique des causes OBSERVATION La plupart des pompes à drainage interne sont équipées de joints d’arbre basse pression certifiés pour 1,7 bar (25 lb/po2). Pour réduire les contraintes sur ces joints, le logement des joints de l’arbre est généralement relié intérieurement à l’orifice d’aspiration. Ainsi, le joint d’arbre de la pompe est soumis à la même dépression que l’orifice d’aspiration. Une restriction d’entrée anormalement élevée, causée par les conditions indiquées à la page 3-49, peut provoquer une entrée d’air par ce joint à l’aspiration de la pompe, ce qui entraîne une aération de l’huile. La situation peut être corrigée en suivant les indications de l’analyse des causes fondamentales, page 3-49. Une fois que la situation a été corrigée, l’entrée d’air devrait cesser, à moins que le joint n’ait été endommagé. Si la présence d’air persiste avec une restriction d’entrée normale, remplacez le joint d’arbre. Restriction d’entrée associée à l’aération CHAPITRE 10 14 de 123 Cavitation de la pompe Analyse systématique des causes OBSERVATION Bas niveau d’huile, orifice d’entrée non exposé à l’atmosphère Cause un tourbillon dans le réservoir et le tuyau aspire de l’huile et de l’air mélangés dans le système. Cloisonnement du réservoir L’écoulement de l’huile est ralenti et les tuyaux d’aspiration peuvent être exposés à l’atmosphère sous l’effet des mouvements de l’engin. Terrain incliné Les tuyaux d’aspiration peuvent être exposés à l’atmosphère à cause de l’inclinaison du terrain (applications mobiles). 1. Fort débit de retour au réservoir en comparaison de sa capacité et de sa conception. 2. Les tuyauteries de retour sont au-dessus du niveau de l’huile, ce qui émulsionne le contenu du réservoir. Turbulence dans le réservoir Tuyauterie d’aspiration de la pompe Raccords desserrés ou cassés, soudures fissurées, colliers desserrés, raccords excessivement serrés. Accumulateurs Rupture de la vessie ou joints de piston endommagés. Robinet d’isolement pompe-réservoir Fuites d’air au niveau du robinet. Joint d’arbre de la pompe Joints usés ou détériorés. De l’air est aspiré dans les chambres de pompage par le joint d’arbre. Ce problème ne s'applique qu’aux pompes à drainage interne. Faible restriction d’entrée associée à l’aération. CHAPITRE 10 15 de 123 2. Mesure du débit des pompes hydrauliques volumétriques Introduction Toutes les pompes hydrauliques comportent des éléments mobiles les uns par rapport aux autres dont les jeux sont remplis d’huile assurant l’étanchéité et la lubrification. Ces pièces sont généralement appliquées l’une contre l’autre par des forces dépendant de la pression du système, de la surface exposée et des ressorts ou des joints. Théoriquement, une pompe devrait fournir à chaque tour un volume de liquide égal à sa cylindrée. En pratique, le débit est moindre à cause des fuites internes. Plus la différence de pression est grande au niveau des jeux, plus les fuites augmentent et plus le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique se calcule en divisant le débit réel mesuré par le débit théorique, en pourcentage. Le débit de fuite dépend de trois facteurs : 1. différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. viscosité de l’huile; 3. grandeur des jeux. Le troisième facteur, grandeur des jeux, augmente inéluctablement avec les heures de fonctionnement de la pompe, particulièrement si les niveaux de pollution de l’huile ne sont pas surveillés et contrôlés. Il va de soi que des jeux plus grands entraînent des fuites plus importantes. Si la température de l’huile augmente, elle devient plus fluide et les fuites augmentent également, ce qui se traduit par une diminution du débit réel de la pompe et de son rendement volumétrique. Les symptômes les plus courants d’une pompe usée sont : • tendance des actionneurs à ralentir quand l’huile devient chaude; • tendance des actionneurs à ralentir en charge; • calage d’un actionneur à basse vitesse; ce problème se pose généralement dans les applications qui utilisent un moteur à vitesse variable ou une pompe à cylindrée variable; • la température de l’huile ne semble pas se stabiliser. Ces symptômes se rapportent à un problème commun : l’usure de la pompe. L’usure d’un autre composant peut causer des symptômes analogues, mais la pompe est la cause la plus probable pour diverses raisons. • La pompe fonctionne généralement avec un facteur d’utilisation de 100 %. • La pompe est l’organe le plus exposée à la pollution, car il n’y a que peu ou pas de filtration entre le réservoir et elle. Ce n’est cependant pas un facteur si vous appliquez une approche systémique du contrôle de la pollution. Remarques importantes pour les essais de débit des pompes hydrauliques 1. Dans le contexte du dépannage, une pompe hydraulique est classifiée comme un « composant avec fuites ». En raison des jeux fonctionnels entre les pièces mobiles, il est normal qu’il y ait certaines fuites. 2. Une pompe volumétrique ne peut pas être essayée « à vide ». Il n’y a donc pas de référence de pression nominale pour ses fuites. Pour comprendre pourquoi, appliquez la même théorie qu’à la différence de pression de part et d’autre d’un orifice calibré. Plus le débit est grand, plus CHAPITRE 10 16 de 123 la chute de pression dans l’orifice est grande. On peut donc en conclure que les fuites au niveau des jeux de la pompe dépendent de la pression différentielle (voir figure 1). CHAPITRE 10 17 de 123 Figure 1 – La différence de pression de part et d’autre d’un espace libre affecte le débit 3. Les fuites d’une pompe sont déterminées par trois variables : • pression de refoulement de la pompe; • tolérances de jeux; • température de l’huile. 4. Les fabricants de pompe expriment généralement les fuites en terme de rendement volumétrique. 5. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. À toutes fins pratiques, le débit théorique est le débit de la pompe tournant « à vide » (à la pression nominale). Le débit réel est la valeur mesurée « en charge » (à pleine pression). 6. Le graphique (figure 2) illustre le rendement théorique type d’une pompe. Vous remarquerez que le débit diminue quand la pression augmente. Figure 2 – Graphique du rendement volumétrique CHAPITRE 10 18 de 123 Dépannage des composants hydrauliques Rendement volumétrique d’une pompe Les trois types de pompes hydrauliques les plus utilisées offrent les rendements volumétriques suivants : • Pompes à pistons – 97 % (environ) • Pompes à palettes – 96 % (environ) • Pompes à engrenages – 90 % (environ) (avec flasques à compensation d’usure) • Pompe à engrenages – 80 % (environ) (sans flasques à compensation d’usure) 7. En règle générale, si les fuites d’une pompe dépassent 25 % à 30 % du débit à vide, la pompe doit être remplacée. 8. Un essai de débit de la pompe n’a de sens que si l’huile est à sa température normale de fonctionnement, environ 130 °F (54 °C). 9. Une restriction d’entrée anormale du côté aspiration de la pompe peut altérer le débit. Il faut donc toujours commencer par vérifier la restriction d’entrée avant de mesurer le débit d’une pompe. 10. Le débit de la pompe est directement proportionnel à la vitesse de rotation. Il est donc important de mesurer la vitesse de la pompe ou du moteur d’entraînement avant d’effectuer un essai de débit. Si la pompe est entraînée par un moteur thermique, par une prise de force ou par un boîtier d’engrenages, vérifiez le rapport d’entraînement pour déterminer avec précision le régime de la pompe. Vitesse d’un moteur électrique – Un moteur électrique ralentit d’environ 3 à 5 % à pleine charge. Pour un moteur diesel ou à essence, consultez la documentation du fabricant. 11. Pour des raisons de sécurité, assurez-vous que la soupape de surpression est en amont du débitmètre, avant d’effectuer l’essai. 12. Rappel! Tous les composants situés en amont du débitmètre sont des suspects potentiels lorsqu’on vérifie le débit d’une pompe hydraulique. 13. Pour vous aider à déterminer les causes d’un problème, commencez toujours par déterminer les symptômes et consulter les opérateurs (en écoutant attentivement) leurs remarques. CHAPITRE 10 19 de 123 14. Il y a deux méthodes pour vérifier le débit d’une pompe – en circuit ou hors circuit. En circuit Un essai de débit peut être justifié par un certain nombre de raisons. Par exemple, la pompe peut présenter des symptômes indiquant une baisse de débit. Dans ce cas, un simple essai de mesure « en circuit » peut être suffisant (figure 3). Figure 3 – Essai en circuit Pour effectuer la procédure d’essai de débit en circuit, un débitmètre doit être placé en série dans la tuyauterie de refoulement de la pompe. La différence de pression au niveau des jeux de la pompe est alors produite par le fonctionnement de la machine au cours d’un cycle de charge normal. Les avantages de la méthode d’essai de débit en circuit sont : • le fonctionnement de la pompe peut être vérifié au cours des cycles de fonctionnement normaux; • le débitmètre peut être installé en circuit avant le démarrage du groupe hydraulique. On peut ainsi mesurer les performances de la pompe indéfiniment sans affecter la production. CHAPITRE 10 20 de 123 Dépannage des composants hydrauliques Essai hors circuit (pompe isolée) Lorsqu’une pompe neuve ou reconditionnée doit être remise en service pour une période d’évaluation ou de rodage, il est généralement préférable de lui faire subir un « essai hors circuit ». C’est une méthode analogue à un essai de la pompe au banc hydraulique, mais sans sortir la pompe du système. Pour effectuer un essai de débit sur la pompe isolée, il faut disposer, en plus du débitmètre, d’un circuit permettant de charger artificiellement la pompe pour créer une contre-pression. Pour cela, il est recommandé de simuler la charge au moyen d’un limiteur de débit variable à pointeau (figure 4). Figure 4 – Essai hors circuit Les avantages d’un essai de débit hors circuit sont : • possibilité d’effectuer des mesures avec des incréments de pression précis; • la pression exacte à laquelle la pompe perd sa capacité peut être déterminée; • une pompe peut être essayée indépendamment de son système; cela peut être utile pour isoler un problème précis; • une pompe individuelle peut être essayée dans un circuit à plusieurs pompes en parallèle; • une pompe neuve ou reconditionnée peut être vérifiée à fond avant d’être raccordée au système. Une forte proportion des pompes reconditionnées ne sont pas essayées du tout ou CHAPITRE 10 21 de 123 essayées dans des conditions qui ne permettent pas de vérifier leur pression et leur débit maximum. 15. Déterminez si la pompe est à drainage interne ou externe. Cette précision permet de simplifier l’essai. Drainage interne ou externe? Où vont les fuites d’une pompe? Cela dépend de la conception de la pompe. Dans certains cas, les fuites sont recyclées intérieurement, dans d’autres, elles sont évacuées à l’extérieur. Il n’y a malheureusement aucune règle générale pour déterminer si un type ou une conception de pompe est à drainage interne ou externe. Par exemple, toutes les pompes à cylindrée variable sont à drainage externe. Cependant, toutes les pompes à cylindrée fixe ne sont pas à drainage interne. De même, toutes les fuites des pompes à engrenages sont drainées intérieurement, mais certaines pompes à palettes sont à drainage interne alors que d’autres sont à drainage externe. Les pompes à axe oblique peuvent être les deux. Il est donc plus pratique de mettre l’accent sur la méthode de drainage, plutôt que sur le type de pompe, pour les essais de débit. Drainage interne – le liquide qui fuit par les jeux internes de la pompe circule de la sortie (côté pression) vers l’entrée (côté aspiration) par des passages internes (figure 5). Pour effectuer un essai de débit sur une pompe à drainage interne, le débitmètre doit être obligatoirement monté en série dans la tuyauterie de pression de la pompe. Figure 5 - Drainage interne CHAPITRE 10 22 de 123 Dépannage des composants hydrauliques Drainage externe – les fuites crées par les jeux de la pompe sont drainées du côté refoulement (pression) vers le corps de la pompe. De là, le liquide est ramené au réservoir par une tuyauterie distincte reliée à un raccord de la pompe. Les fuites ne peuvent pas refluer vers le côté aspiration de la pompe par l’intérieur du carter (figure 6). Figure 6 – Drainage externe Malheureusement, il n’est pas facile de mesurer l’écoulement des fuites dans le corps de la pompe. Le plus gros des fuites se fait entre le groupe rotatif et les plaques d’usure des flasques et n’entre pas nécessairement dans le carter. Depuis des décennies, l’industrie se fonde sur la mesure des fuites dans le carter pour déterminer l’usure interne des pompes et des moteurs à drainage externe. Cependant, l’idée que toutes les fuites internes se retrouvent dans le carter est plus une hypothèse qu’un fait. Il y a trois zones principales d’usure dans une pompe ou moteur à drainage externe : barillet et glace de distribution, pistons dans leurs alésages, patins et plateau de contact. Une étude indépendante a montré que l’usure la plus intense se faisait entre le barillet et la glace de distribution ou le plateau d’usure. Sous l’effet de l’huile polluée passant à travers les chambres de pompage, les impuretés « creusent » une rainure entre les orifices de distribution. Cette rainure accroît les fuites d’huile entre la chambre haute pression et la chambre d’entrée. Ces fuites ne se retrouvent PAS dans le carter. CHAPITRE 10 23 de 123 Les avantages des mesures de débit au moyen d’un débitmètre en série dans la tuyauterie de drainage de carter sont les suivants : 1. Le débitmètre peut avoir une capacité de l’ordre de 30 % du débit total de la pompe; 2. Le débitmètre est généralement plus facile à installer, car la plupart des pompes à drainage externes sont munies de brides de raccordement en deux parties. Comparaison des mesures sur la tuyauterie de pression et sur le drain du carter Avantages – essai sur la tuyauterie de pression 1. Pas besoin de connaître le débit. 2. Détecte les problèmes de vitesse de rotation. 3. Détecte les problèmes d’aspiration. 4. Fiable à 100 %. 5. Permet de décharger la pompe. Comparaison des mesures sur la tuyauterie de pression et sur le drain du carter Inconvénients – essai sur la tuyauterie de drainage 1. Il faut connaître le débit. 2. Ne détecte pas les problèmes de vitesse de rotation. 3. Ne détecte pas les problèmes d’aspiration. 4. Fiabilité douteuse. 5. Ne permet pas de décharger la pompe. Comparaison des mesures sur la tuyauterie de pression et sur le drain du carter Avantages – essai sur la tuyauterie de drainage 1. Le débitmètre ne voit passer que 30 % du débit de la pompe. 2. Installation facile. Symptômes courants associés aux problèmes de débit de la pompe 1. Ralentissement notable de l’actionneur lorsque la température de l’huile augmente. 2. Augmentation de modérée à forte de la température de l’huile. Elle ne semble pas se stabiliser. 3. Manque de puissance (calage) des actionneurs à bas régime. Ce problème est plus caractéristique des applications utilisant un moteur à vitesse variable ou une pompe à débit variable. Maintenant que nous avons traité des aspects théoriques des mesures de débit sur les pompes, l’étape suivante est d’apprendre à effectuer les essais physiques eux-mêmes. Dans cette section, nous allons couvrir les procédures d’essai de débit suivantes : • pompes à drainage interne – essai de débit en circuit • pompes à drainage interne – procédure d’essai de débit hors circuit CHAPITRE 10 24 de 123 Pompe à drainage interne Essai de débit en circuit But de la procédure d’essai Toutes les pompes hydrauliques comportent des pièces mobiles les unes par rapport aux autres qui sont séparées par des jeux remplis d’un mince film d’huile. Ces pièces sont en général poussées les unes vers les autres par la pression du système s’exerçant sur leurs surfaces ou par la force de ressorts ou de joints. Théoriquement, une pompe fournit à chaque tour un volume de liquide égal à son déplacement. Le débit réel est moindre à cause des fuites internes. Quand la pression croît, les fuites augmentent et le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. Le débit de fuite dépend de quatre facteurs : a. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; b. Viscosité de l’huile; c. Température; d. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent s’écouler de l’orifice de sortie vers l’orifice d’entrée (drainage interne), ou de l’orifice de sortie vers le carter de la pompe (drainage externe). Si la pompe est à drainage externe, son corps comporte un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices d’aspiration et de refoulement. Une tuyauterie de drainage reliée à cet orifice ramène les fuites directement au réservoir. En règle générale, les pompes hydrauliques volumétriques ont un rendement compris entre 80 % et 97 %. Les courbes d’écoulement du graphique de la page 35 représentent les niveaux généralement acceptables de pression et de débit pour les pompes à pistons, à palettes et à engrenages. Le rendement volumétrique, ou plutôt les fuites, d’une pompe à drainage interne peut être mesuré en installant un débitmètre en série avec l’orifice de sortie de la pompe. Cependant, il est important de noter que les mesures de débit ne sont fiables que si la pompe tourne en charge (à la pression du système). Font partie des pompes à drainage interne les pompes à engrenages internes et externes, et les pompes à palettes à rotor équilibré. Les symptômes les plus courants des problèmes de fuites excessives sont : a. Un ralentissement des actionneurs lorsque la température de l’huile croît; b. Une élévation modérée à haute de la température de l’huile en fonctionnement; c. Un manque de puissance à bas régime entraîne le calage des actionneurs, dans les applications où la pompe est entraînée à vitesse variable. CHAPITRE 10 25 de 123 Cet essai permet de déterminer : a. si la vitesse d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; b. si la restriction d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; c. si le réglage de la soupape de surpression est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; d. l’importance des fuites entre les orifices d’une pompe à drainage interne. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Débitmètre 4. Dépressiomètre 2. Manomètre 5. Pyromètre 3. Tachymètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 7. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 8. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (1) en série dans la tuyauterie de pression de la pompe. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 26 de 123 Étape 5. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord d’entrée du débitmètre (1). Étape 6. Branchez le dépressiomètre (4) en parallèle avec le raccord d’entrée de la pompe. Étape 7. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. NOTA. S’il semble y avoir eu une défaillance catastrophique de la pompe, ne la faites tourner que le strict nécessaire pour vérifier son état. Si vous trouvez des particules métalliques dans les tuyauteries, à la sortie de la pompe, dans les filtres en ligne ou de retour, ou dans le réservoir, NE FAITES PAS tourner la pompe. Remplacez la pompe et effectuez la procédure de démarrage après une défaillance catastrophique. Étape 8. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54ºC (130ºF). Observez le pyromètre (5). NOTA. Pour des résultats plus précis, vérifiez et corrigez au besoin le réglage de la soupape de surpression principale. Respectez la pression spécifiée par le fabricant. Étape 9. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. (Les étapes 10 à 13 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur.) Étape 10. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre (3). Corrigez au besoin pour respecter la valeur spécifiée par le fabricant. Étape 11. Notez sur la fiche d’essai la valeur de la restriction d’entrée de la pompe indiquée par le dépressiomètre (4). NOTA. Si la restriction d’entrée de la pompe est dans les tolérances, poursuivez la procédure d’essai. Si la restriction d’entrée est hors tolérances, reportez-vous à la « Procédure d’essai de cavitation de la pompe », ailleurs dans le présent chapitre. Ne continuez l’essai que si la restriction d’entrée est dans les tolérances. Étape 12 Faites tourner la pompe à vide et notez sur la fiche d’essai : a. Le débit indiqué sur le débitmètre (1); b. La pression indiquée sur le manomètre (2); c. La température de l’huile lue sur le pyromètre (5). Étape 13. Faites tourner la pompe à pleine charge (pression maximale enregistrée au cours d’un cycle de charge normal). Notez sur la fiche d’essai : a. Le débit indiqué sur le débitmètre (1). b. La pression indiquée sur le manomètre (2). c. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3). d. La température de l’huile lue sur le pyromètre (5). Étape 14. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. CHAPITRE 10 27 de 123 Étape 15. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 16. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. NOTA. Si, dans la procédure d’essai, la soupape de surpression générale est en parallèle avec le circuit, montez le débitmètre en série dans la tuyauterie qui part de l’orifice de sortie de la soupape de surpression et répétez la procédure d’essai. Un mauvais fonctionnement de la soupape de surpression peut causer des problèmes semblables à ceux d’une pompe, du point de vue des fuites. 1. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (1) indique une diminution du débit nominal si la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. Cette diminution du débit ne dépasse pas la perte calculée d’après le rendement volumétrique de la pompe et la baisse nominale de la vitesse du moteur d’entraînement. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, indiquée par le dépressiomètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. DIAGNOSTIC. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (1) indique une diminution de modérée à importante du débit lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. La diminution de débit ne dépasse pas 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA page 33). Le pyromètre (5) indique une élévation modérée de la température de l’huile. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, indiquée par le dépressiomètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. DIAGNOSTIC. La pompe semble dans un état marginal. S’il y a un ralentissement anormal de l’actionneur causant des pertes de production inacceptables, ou si la température de l’huile augmente de manière marquée, il faut remplacer la pompe. 3. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (1) indique une diminution progressive du débit et une augmentation de la différence de pression entre les orifices de la pompe. La baisse de débit est supérieure à 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA page 33). Le pyromètre (5) indique une élévation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 28 de 123 La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, indiquée par le dépressiomètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. DIAGNOSTIC. Il semble y avoir des fuites excessives entre les orifices de la pompe. Une diminution de débit de cette importance entraîne inévitablement une baisse inacceptable de la vitesse des actionneurs. Il peut aussi y avoir une élévation importante de la température de l’huile. Cette situation peut entraîner une dégradation rapide de l’ensemble du système hydraulique. La pompe doit être remplacée. CHAPITRE 10 29 de 123 Figure 7 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 30 de 123 La fiche d’essai suivante illustre les résultats de l’essai complet. Ce graphique correspond à un essai sur une pompe à engrenages externes de 50 gal/min essayée jusqu’à 2 000 lb/po2 (138 bars). Figure 8 – Procédure d’essai de débit en circuit CHAPITRE 10 31 de 123 Pompe à drainage interne Procédure d’essai de débit hors circuit But de la procédure d’essai Tous les moteurs hydrauliques comportent des pièces mobiles les unes par rapport aux autres qui sont séparées par des jeux remplis d’un mince film d’huile. Ces pièces sont en général poussées les unes vers les autres par la pression du système s’exerçant sur leurs surfaces ou par la force de ressorts ou de joints. Théoriquement, une pompe fournit à chaque tour un volume de liquide égal à son déplacement. Le débit réel est moindre à cause des fuites internes. Quand la pression croît, les fuites augmentent et le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. Le débit de fuite dépend de quatre facteurs : 1. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent s’écouler de l’orifice de sortie vers l’orifice d’entrée (drainage interne), ou de l’orifice de sortie vers le carter de la pompe (drainage externe). Si la pompe est à drainage externe, son corps comporte un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices d’aspiration et de refoulement. Une tuyauterie de drainage reliée à cet orifice ramène les fuites directement au réservoir. En règle générale, les pompes hydrauliques volumétriques ont un rendement compris entre 80 % et 97 %. Les courbes d’écoulement du graphique de la page 35 représentent les niveaux généralement acceptables de pression et de débit pour les pompes à pistons, à palettes et à engrenages. Le rendement volumétrique, ou plutôt les fuites, d’une pompe à drainage interne peut être mesuré en installant un débitmètre en série avec l’orifice de sortie de la pompe. Cependant, il est important de noter que les mesures de débit ne sont fiables que si la pompe tourne en charge (à la pression du système). Font partie des pompes à drainage interne les pompes à engrenages internes et externes, et les pompes à palettes à rotor équilibré. Les symptômes les plus courants des problèmes de fuites excessives sont : a. Un ralentissement des actionneurs lorsque la température de l’huile croît; b. Une élévation modérée à haute de la température de l’huile en fonctionnement; c. Un manque de puissance à bas régime entraîne le calage des actionneurs, dans les applications où la pompe est entraînée à vitesse variable. CHAPITRE 10 32 de 123 Cet essai permet de déterminer : a. Si la vitesse d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; b. Si la restriction d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; c. Si le réglage de la soupape de surpression est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; d. L’importance des fuites entre les orifices d’une pompe à drainage interne. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Pyromètre 4. Manomètre 2. Dépressiomètre 5. Limiteur de débit à pointeau 3. Tachymètre 6. Débitmètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 2. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (6) en série dans la tuyauterie de refoulement de la pompe. Le débitmètre doit être associé à limiteur de débit (5) pour créer une charge « artificielle ». PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 33 de 123 NOTA. Si nécessaire, branchez un flexible à la sortie du débitmètre et amenez-le directement au réservoir. Fixez-le solidement! Si la tuyauterie existante est en acier, remplacez-la par un flexible pour la durée de la procédure d’essai. Étape 5. Ouvrez le limiteur de débit (5) en dévissant complètement (en tournant à gauche) le pointeau. Étape 6. Branchez un manomètre (4) en parallèle avec le raccord d’entrée du débitmètre (6). Étape 7. Branchez le dépressiomètre (2) en parallèle avec le raccord d’entrée de la pompe. Étape 8. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. NOTA. S’il semble y avoir eu une défaillance catastrophique de la pompe, ne la faites tourner que le strict nécessaire pour vérifier son état. Si vous trouvez des particules métalliques dans les tuyauteries, à la sortie de la pompe, dans les filtres en ligne ou de retour, ou dans le réservoir, NE FAITES PAS tourner la pompe. Remplacez la pompe et effectuez la procédure de démarrage après une défaillance catastrophique. Étape 9. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 °C (130 °F). Observez le pyromètre (1). NOTA. Pour des résultats plus précis, vérifiez et corrigez au besoin le réglage de la soupape de surpression principale. Respectez la valeur spécifiée par le fabricant. Étape 10. Faites tourner le moteur à son régime de régulation (les étapes 11 à 16 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur). Étape 11. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre (3). Corrigez au besoin pour respecter la valeur spécifiée par le fabricant. Étape 12. Notez sur la fiche d’essai la valeur de la restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (2). NOTA. Si la restriction d’entrée de la pompe est dans les tolérances, poursuivez la procédure d’essai. Si la restriction d’entrée est hors tolérances, reportez-vous à la « Procédure d’essai de cavitation de la pompe », dans le présent chapitre. Ne continuez pas l’essai si la restriction d’entrée est hors tolérances. Étape 13. Faites tourner la pompe à vide et notez sur la fiche d’essai : a. Le débit lu sur le débitmètre (6). b. La pression lue sur le manomètre (4). c. La température de l’huile lue sur le pyromètre (1). CHAPITRE 10 34 de 123 Étape 14. Mettez la pompe progressivement en charge en vissant le pointeau du limiteur de débit (5). Poursuivez ainsi jusqu’à ce que la pression indiquée soit 6,9 bars (100 lb/po2) de plus que la pression « à vide ». Inscrivez cette valeur sur la fiche d’essai. Étape 15. Continuez à augmenter la pression par incréments de 100 lb/po2 (6,9 bars) en inscrivant chaque point de débit-pression sur le graphique de la fiche d’essai. Poursuivez ainsi jusqu’à la valeur d’ouverture de la soupape de surpression. Étape 16. Quand le moteur tourne à « pleine charge » (plein débit de la pompe passant par la soupape de surpression), notez sur la fiche d’essai : a. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3); b. La température de l’huile lue sur le pyromètre (1). Étape 17. Ouvrez complètement le limiteur de débit (5) (en dévissant le pointeau) pour réduire la « charge artificielle » de la pompe. Étape 18. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 19. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 20. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. NOTA. Si dans la procédure d’essai, la soupape de surpression principale est en parallèle avec le circuit, montez le débitmètre en série dans la tuyauterie qui part de l’orifice de sortie de la soupape de surpression et répétez la procédure d’essai. Un mauvais fonctionnement de la soupape de surpression peut causer des problèmes semblables à ceux d’une pompe, du point de vue des fuites. 1. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (6) indique une diminution du débit nominal si la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. Cette diminution de débit ne dépasse pas la perte calculée à partir du rendement volumétrique de la pompe et de la baisse nominale de la vitesse du moteur d’entraînement. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (1), reste dans les tolérances spécifiées. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (2), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 35 de 123 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (6) indique une diminution de modérée à importante du débit lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. La diminution de débit ne dépasse pas 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA sur cette page). Le pyromètre (1) indique une élévation modérée de la température de l’huile. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (2), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble dans un état marginal. S’il y a un ralentissement anormal de l’actionneur causant des pertes de production inacceptables, ou si la température de l’huile augmente de manière marquée, il faut remplacer la pompe. 3. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (6) indique une diminution progressive du débit et une augmentation de la différence de pression entre les orifices de la pompe. La diminution de débit est supérieure à 30 % du débit théorique ou « à vide ». NOTA. Les fabricants de composants hydrauliques publient rarement des données sur la durée de vie utile de leurs produits. La décision de remplacer un organe est généralement laissée à la discrétion de l’utilisateur. Une étude très complète sur l’évolution des fuites en fonction de la durée de vie des pompes a permis de conclure qu’une pompe ayant à pleine charge (à la pression maximale du système) une perte de l’ordre de 30 % du débit théorique (à vide), devrait être remplacée. Certaines pompes semblent fonctionner normalement avec des fuites dépassant cette valeur. Cependant, les effets collatéraux de fuites excessives ont des effets négatifs pour l’ensemble du système hydraulique. La température de fonctionnement de l’huile augmente sensiblement et il y a des risques de perte de production. Un programme de maintenance proactive bien géré aidera à établir le niveau maximum des fuites des composants hydrauliques. Le pyromètre (1) indique une élévation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (2), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Il semble y avoir des fuites excessives entre les orifices de la pompe. Une diminution de débit de cette importance entraînera nécessairement un ralentissement inacceptable des actionneurs. Il peut aussi y avoir une élévation importante de la température de l’huile. Cette situation peut entraîner une dégradation rapide de l’ensemble du système hydraulique. La pompe doit être remplacée. Remplacez la pompe. Voir le chapitre deux pour les procédures de démarrage correct des pompes. CHAPITRE 10 36 de 123 CHAPITRE 10 37 de 123 La fiche d’essai suivante illustre les résultats de l’essai complet. Le graphique illustre les mesures de fuites pour une pompe à engrenages externes débitant 50 gal/min (189 L/min), essayée par incréments de 100 lb/po2 (6,9 bars), jusqu’à 2 000 lb/po2 (138 bars). Figure 2 – Procédure d’essai hors circuit de débit de fuites CHAPITRE 10 38 de 123 Pompe à drainage externe Procédure d’essai de débit hors circuit pour la mesure des fuites au carter But de la procédure d’essai Tous les moteurs hydrauliques comportent des pièces mobiles les unes par rapport aux autres qui sont séparées par des jeux remplis d’un mince film d’huile. Ces pièces sont en général poussées les unes vers les autres par la pression du système s’exerçant sur leurs surfaces ou par la force de ressorts ou de joints. Théoriquement, une pompe fournit à chaque tour un volume de liquide égal à son déplacement. Le débit réel est moindre à cause des fuites internes. Quand la pression croît, les fuites augmentent et le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. Le débit de fuite dépend de quatre facteurs : 1. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent s’écouler de l’orifice de sortie vers l’orifice d’entrée (drainage interne), ou de l’orifice de sortie vers le carter de la pompe (drainage externe). Si la pompe est à drainage externe, son corps comporte un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices d’aspiration et de refoulement. Une tuyauterie de drainage reliée à cet orifice ramène les fuites directement au réservoir. En règle générale, les pompes hydrauliques volumétriques ont un rendement compris entre 80 % et 97 %. Les courbes d’écoulement du graphique de la page 42 représentent les niveaux généralement acceptables de pression et de débit pour les pompes à pistons, à palettes et à engrenages. Le rendement volumétrique, ou plutôt les fuites, d’une pompe à drainage interne peut être mesuré en installant un débitmètre en série avec l’orifice de sortie de la pompe. Cependant, il est important de noter que les mesures de débit ne sont fiables que si la pompe tourne en charge (à la pression du système). Font partie des pompes à drainage interne les pompes à engrenages internes et externes, et les pompes à palettes à rotor équilibré. Les symptômes les plus courants des problèmes de fuites excessives sont : a. Un ralentissement des actionneurs lorsque la température de l’huile croît; b. Une élévation modérée à haute de la température de l’huile en fonctionnement; c. Un manque de puissance à bas régime entraîne le calage des actionneurs, dans les applications où la pompe est entrainée à vitesse variable; d. Une augmentation de la pression dans le carter qui pourrait causer des fuites aux joints de l’arbre. CHAPITRE 10 39 de 123 Cet essai permet de déterminer : a. Si la vitesse d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; b. Si la restriction d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; c. Si le réglage de la soupape de surpression est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; d. L’importance des fuites entre les orifices d’une pompe à drainage interne. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Manomètre 4. Débitmètre 2. Limiteur de débit à pointeau 5. Dépressiomètre 3. Tachymètre 6. Pyromètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 2. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (4) en série dans la tuyauterie de retour des fuites partant de l’orifice de drainage du carter de la pompe. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 40 de 123 AVERTISSEMENT! Ne bouchez PAS l’orifice de drainage de la pompe. Si cet orifice est bouché, il y a des risques de détérioration des joints d’arbre et des joints du carter. Le résultat peut être une rupture catastrophique du carter de la pompe. Étape 5. Branchez le limiteur de débit (2) en série dans la tuyauterie qui part de l’orifice drainage de la pompe. Ouvrez le limiteur de débit à fond (en dévissant son pointeau). NOTA. L’orifice de sortie du limiteur de débit à pointeau doit être directement relié au réservoir. Il faudra parfois préparer une longueur de flexible appropriée pour relier le limiteur de débit au réservoir. Étape 6. Branchez un manomètre (1) en parallèle avec le raccord d’entrée du débitmètre (6). Étape 7. Branchez le dépressiomètre (5) en parallèle avec le raccord d’entrée de la pompe. Étape 8. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. NOTA. S’il semble y avoir eu une défaillance catastrophique de la pompe, ne la faites tourner que le strict nécessaire pour vérifier son état. Si vous trouvez des particules métalliques dans les tuyauteries, à la sortie de la pompe, dans les filtres en ligne ou de retour, ou dans le réservoir, NE FAITES PAS tourner la pompe. Remplacez la pompe et effectuez la procédure de démarrage après une défaillance catastrophique. Étape 9. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 °C (130 °F). Observez le pyromètre (6). NOTA. Pour des résultats plus précis, vérifiez et corrigez au besoin le réglage de la soupape de surpression principale. Respectez la valeur spécifiée par le fabricant. Étape 10. Faites tourner le moteur à son régime de régulation (les étapes 11 à 16 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur). Étape 11. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre (3). Corrigez au besoin pour respecter la valeur spécifiée par le fabricant. Étape 12. Notez sur la fiche d’essai la valeur de la restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (5). NOTA. Si la restriction d’entrée de la pompe est dans les tolérances, poursuivez la procédure d’essai. Si la restriction d’entrée est hors tolérances, reportez-vous à la « Procédure d’essai de cavitation de la pompe », dans le présent chapitre. Ne continuez pas l’essai si la restriction d’entrée est hors tolérances. Étape 13. Notez sur la fiche d’essai le débit des fuites « à vide », lu sur le débitmètre (4). Étape 14. Créez une charge artificielle à la sortie de la pompe en fermant graduellement le limiteur de débit (2) (en vissant le pointeau). Notez sur la fiche d’essai le débit de fuite par incréments de 6,9 bars (100 lb/po2). NOTA. Poursuivez l’essai par incréments jusqu’à la valeur de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. Étape 15. Notez sur la fiche d’essai la vitesse du moteur à pleine charge, lue sur le tachymètre (3). CHAPITRE 10 41 de 123 Étape 16. Ouvrez complètement le limiteur de débit (2) (en dévissant son pointeau) pour réduire la charge artificielle de la pompe. Étape 17. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 18. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 19. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (4) indique une augmentation nominale du débit de fuite du carter lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. L’augmentation de débit ne dépasse pas les pertes calculées d’après le rendement volumétrique de la pompe. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (6), reste dans les tolérances spécifiées. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (4) indique une élévation de modérée à importante du débit de fuite, lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. L’augmentation des fuites ne dépasse pas 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA page 33). Le pyromètre (6) indique une élévation modérée de la température de l’huile. La vitesse du moteur d’entraînement, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble dans un état marginal. S’il y a un ralentissement anormal de l’actionneur, causant des pertes de production inacceptables, ou si la température de l’huile augmente de manière marquée, il faut remplacer la pompe. 3. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (4) indique une augmentation progressive du débit de fuite quand la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. L’augmentation du débit dépasse 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA page 33). Le pyromètre (6) indique une augmentation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. La vitesse du moteur d’entraînement, lue sur le tachymètre (3), reste dans les tolérances spécifiées. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 42 de 123 La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Des fuites de cette importance entraîneront nécessairement un ralentissement inacceptable de la vitesse des actionneurs. Il peut y avoir une élévation importante de la température de l’huile. Cette condition peut entraîner une dégradation rapide de l’ensemble du système hydraulique. CHAPITRE 10 43 de 123 Figure 1 – Débit de fuite hors circuit CHAPITRE 10 44 de 123 La fiche d’essai suivante illustre les résultats de l’essai complet. Ce graphique correspond à un essai sur une pompe débitant 50 gal/min (189 L/min). Essai à 3 000 lb/po2 (207 bars) Figure 2 – Procédure d’essai de débit hors circuit pour la mesure des fuites CHAPITRE 10 45 de 123 Pompe à drainage externe Procédure d’essai en circuit pour la mesure des fuites du carter But de la procédure d’essai Tous les moteurs hydrauliques comportent des pièces mobiles les unes par rapport aux autres qui sont séparées par des jeux remplis d’un mince film d’huile. Ces pièces sont en général poussées les unes vers les autres par la pression du système s’exerçant sur leurs surfaces ou par la force de ressorts ou de joints. Théoriquement, une pompe fournit à chaque tour un volume de liquide égal à son déplacement. Le débit réel est moindre à cause des fuites internes. Quand la pression croît, les fuites augmentent et le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. Le débit de fuite dépend de quatre facteurs : 1. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent s’écouler de l’orifice de sortie vers l’orifice d’entrée (drainage interne), ou de l’orifice de sortie vers le carter de la pompe (drainage externe). Si la pompe est à drainage externe, son corps comporte un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices d’aspiration et de refoulement. Une tuyauterie de drainage reliée à cet orifice ramène les fuites directement au réservoir. En règle générale, les pompes hydrauliques volumétriques ont un rendement compris entre 80 % et 97 %. Les courbes d’écoulement du graphique de la page 42 représentent les niveaux généralement acceptables de pression et de débit pour les pompes à pistons, à palettes et à engrenages. Le rendement volumétrique, ou plutôt les fuites, d’une pompe à drainage interne peut être mesuré en installant un débitmètre en série avec l’orifice de sortie de la pompe. Cependant, il est important de noter que les mesures de débit ne sont fiables que si la pompe tourne en charge (à la pression du système). Font partie des pompes à drainage interne les pompes à engrenages internes et externes, et les pompes à palettes à rotor équilibré. Les symptômes les plus courants des problèmes de fuites excessives sont : a. Un ralentissement des actionneurs lorsque la température de l’huile croît; b. Une élévation modérée à haute de la température de l’huile en fonctionnement; c. Un manque de puissance à bas régime entraîne le calage des actionneurs, dans les applications où la pompe est entrainée à vitesse variable. d. Une augmentation de la pression dans le carter qui pourrait causer des fuites aux joints de l’arbre. CHAPITRE 10 46 de 123 Cet essai permet de déterminer : a. Si la vitesse d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; b. Si la restriction d’entrée de la pompe est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; c. Si le réglage de la soupape de surpression est conforme aux valeurs de calcul spécifiées; d. L’importance des fuites entre les orifices d’une pompe à drainage interne. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Manomètre 4. Dépressiomètre 2. Tachymètre 5. Pyromètre 3. Débitmètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 2. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (3) en série dans la tuyauterie qui part de l’orifice drainage de la pompe. Étape 5. Branchez un manomètre (1) en parallèle avec le raccord de sortie de la pompe. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 47 de 123 Étape 6. Branchez le dépressiomètre (4) en parallèle avec le raccord d’entrée de la pompe. Étape 7. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. NOTA. S’il semble y avoir eu une défaillance catastrophique de la pompe, ne la faites tourner que le strict nécessaire pour vérifier son état. Si vous trouvez des particules métalliques dans les tuyauteries, à la sortie de la pompe, dans les filtres en ligne ou de retour, ou dans le réservoir, NE FAITES PAS tourner la pompe. Remplacez la pompe et effectuez la procédure de démarrage après une défaillance catastrophique. Étape 8. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 °C (130 °F). Observez le pyromètre (5). NOTA. Pour des résultats précis, vérifiez et réglez au besoin la soupape de surpression ou le compensateur de la pompe. Respectez la documentation du fabricant. Étape 9. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. (Les étapes 10 à 13 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur). Étape 10. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre (2). Corrigez au besoin pour respecter la valeur spécifiée par le fabricant. Étape 11. Notez sur la fiche d’essai la valeur de la restriction d’entrée de la pompe indiquée par le dépressiomètre (4). NOTA. Si la restriction d’entrée de la pompe est dans les tolérances, poursuivez la procédure d’essai. Si la restriction d’entrée est hors tolérances, reportez-vous à la « Procédure d’essai de cavitation de la pompe », dans le présent chapitre. Ne continuez pas l’essai si la restriction d’entrée est hors tolérances. Étape 12. Faites tourner la pompe à vide et notez sur la fiche d’essai : a. Le débit indiqué sur le débitmètre (3). b. La pression indiquée sur le dépressiomètre (4). c. La température de l’huile lue sur le pyromètre (5). Étape 13. Faites tourner la pompe à pleine charge (pression maximale enregistrée au cours d’un cycle de charge normal). Notez sur la fiche d’essai : a. La pression indiquée sur le manomètre (1). b. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (2). c. Le débit indiqué sur le débitmètre (3). d. La température de l’huile lue sur le pyromètre (5). Étape 14. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 15. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 16. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. CHAPITRE 10 48 de 123 1. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (3) indique une augmentation nominale du débit de fuite lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. L’augmentation de débit ne dépasse pas les pertes calculées d’après le rendement volumétrique de la pompe. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (2), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble en bon état de fonctionnement. 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (3) indique une élévation de modérée à importante du débit de fuite lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. L’augmentation des fuites ne dépasse pas 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA page 33). Le pyromètre (5) indique une élévation modérée de la température de l’huile. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (2), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble dans un état marginal. S’il y a un ralentissement anormal de l’actionneur causant des pertes de production inacceptables, ou si la température de l’huile augmente de manière marquée, il faut remplacer la pompe. 3. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (3) indique une augmentation progressive du débit de fuite lorsque la différence de pression entre les orifices de la pompe augmente. L’augmentation du débit dépasse 30 % du débit théorique ou « à vide » (voir NOTA page 33). Le pyromètre (5) indique une élévation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. La vitesse du moteur, lue sur le tachymètre (2), reste dans les tolérances spécifiées. La restriction d’entrée de la pompe, lue sur le dépressiomètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Des fuites de cette importance entraîneront nécessairement un ralentissement inacceptable de la vitesse des actionneurs. Il peut y avoir une élévation importante de la température de l’huile. Cette condition peut entraîner une dégradation rapide de l’ensemble du système hydraulique. Remplacez la pompe. Voir les procédures de démarrage correct des pompes. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 49 de 123 Figure 1 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 50 de 123 La fiche d’essai suivante montre les résultats de l’essai complet. Le graphique illustre les mesures de fuites sur une pompe à engrenages externes débitant 50 gal/min (189 L/min) essayée jusqu’à 3 000 lb/po2 (207 bars) Figure 2 – Exemple d’une fiche d’essai – procédure de mesure en circuit des fuites du carter CHAPITRE 10 51 de 123 7. Comment mesurer la pression du carter dans une pompe à drainage externe, en mode hors circuit Pression du carter – (figure 1) La mesure de la pression de carter ne s’applique qu’aux pompes à drainage externe. Cette pression est causée par la résistance de l’huile, provenant des fuites internes qui s’écoulent du carter de la pompe par l’orifice de drainage et la tuyauterie de drainage, jusqu'au réservoir. Figure 1 – Drainage externe La pression dans le carter dépend de trois variables : 1. Fuites internes; 2. Température de l’huile. 3. Restrictions dans la tuyauterie de drainage. Pression dans le carter de la pompe - Maximum, à la température de fonctionnement normale (environ 140 °F [60 °C]) Joints à lèvre - Maximum : 15 à 25 lb/po2 (1 à 1,7 bar) Joints mécaniques - Maximum : 40 lb/po2 (2,76 bars) Symptômes courants associés à une surpression dans le carter de la pompe a. Fuites aux joints de l’arbre d’entraînement. b. Éclatement catastrophique du corps de la pompe. c. Fuites au joint du carter de la pompe. d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. CHAPITRE 10 52 de 123 Pression dans le carter de la pompe Procédure d’essai hors circuit But de la procédure d’essai Tous les moteurs hydrauliques comportent des pièces mobiles les unes par rapport aux autres qui sont séparées par des jeux remplis d’un mince film d’huile. Ces pièces sont en général poussées les unes vers les autres par la pression du système s’exerçant sur leurs surfaces ou par la force de ressorts ou de joints. Théoriquement, une pompe fournit à chaque tour un volume de liquide égal à son déplacement. Le débit réel est moindre à cause des fuites internes. Quand la pression croît, les fuites augmentent et le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. Le débit de fuite dépend de quatre facteurs : 1. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent s’écouler de l’orifice de sortie vers l’orifice d’entrée (drainage interne), ou de l’orifice de sortie vers le carter de la pompe (drainage externe). Si la pompe est à drainage externe, son corps comporte un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices d’aspiration et de refoulement. Une tuyauterie de drainage reliée à cet orifice ramène les fuites directement au réservoir. L’orifice du carter de la pompe et la tuyauterie de drainage externe sont conçus pour des débits relativement faibles, dépendant du rendement volumétrique de la pompe. Le carter de la pompe est prévu pour des pressions relativement basses de l’ordre de 1 à 1,7 bar (15 à 25 lb/po2) pour des joints à lèvre, et jusqu’à 2,76 bars (40 lb/po2) pour des joints d’arbre mécaniques. Toute augmentation des fuites internes se traduit par un débit accru dans la tuyauterie de drainage des fuites. Si le débit de drainage augmente, la pression dans le carter augmentera également à cause de l'augmentation de la résistance à l'écoulement à l'orifice de drainage et dans la tuyauterie. Une surpression excessive dans le carter peut entraîner des fuites au joint d’arbre et aux joints d’assemblage de la pompe. À l’extrême, une forte surpression peut littéralement faire éclater la pompe. Les symptômes les plus courants d’une surpression excessive dans le carter de la pompe sont : a. Fuites au joint d’arbre; b. Rupture catastrophique du joint d’arbre; CHAPITRE 10 53 de 123 c. Fuites aux joints de la pompe; d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. La procédure d’essai vise à déterminer : a. La pression dans le carter de la pompe; b. La pression dans la tuyauterie de drainage; c. Si la pression dans la pompe est excessive et pourquoi. Les causes possibles sont : 1. Fuites internes anormalement élevées; 2. Restriction excessive dans la tuyauterie de drainage. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Manomètre (pression du système) 4. Limiteur de débit à pointeau 2. Manomètre (tuyauterie de drainage) 5. Pyromètre 3. Manomètre (pression carter) Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 2. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 3. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord de l’orifice de drainage de la pompe. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 54 de 123 AVERTISSEMENT! Ne bouchez PAS l’orifice de drainage de la pompe. Si cet orifice est bouché, il y a des risques de détérioration des joints d’arbre et des joints du carter. Le résultat peut être une rupture catastrophique du carter de la pompe. Étape 5. Branchez un manomètre (1) en parallèle avec le raccord de sortie de la pompe. NOTA. Examinez la pompe pour déterminer si elle possède un orifice d’accès secondaire. Cet orifice est généralement bouché. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour plus de détail. Toutes les pompes hydrauliques n’ont pas nécessairement un orifice secondaire d’accès au carter. S’il n’y en a pas, il ne sera pas possible de mesurer avec précision la pression du carter. Dans ce cas, l’essai de pression interne du carter doit être remplacé par une mesure du débit de fuite. Reportez-vous à la procédure d’essai pour les pompes à drainage externe, dans le présent chapitre. Étape 6. Déposez le bouchon de l’orifice de drainage secondaire. Branchez un manomètre (3) en série avec l’orifice de drainage du corps de la pompe. NOTA. Si du liquide s’écoule de la pompe pendant la mise en place des manomètres (2) et (3), commencez par remplir le corps de la pompe de liquide propre avant l’essai. Étape 7. Branchez le limiteur de débit (4) en série dans la tuyauterie de pression à l’orifice de sortie de la pompe. Ouvrez-le à fond (en dévissant son pointeau). Étape 8. L’orifice de sortie du limiteur de débit à pointeau (4) doit être directement relié au réservoir. Il faudra parfois préparer une longueur de flexible appropriée. Fixez-la solidement au réservoir. Étape 9. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. Étape 10. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54°C (130°F). Observez le pyromètre (5). Étape 11. Notez sur la fiche d’essai : a. La température de l’huile lue sur le pyromètre (5). b. La température ambiante. Étape 12. Notez sur la fiche d’essai : a. La pression « à vide » indiquée par le manomètre (1); b. La pression « à vide » indiquée par le manomètre (2); c. La pression « à vide » indiquée par le manomètre (3). NOTA. S’il s’agit d’une pompe à compensation de pression, effectuez l’essai de pression de carter sur la pompe isolée. Consultez la page 36. CHAPITRE 10 55 de 123 Étape 13. Refermez progressivement le limiteur de débit (4) en vissant son pointeau. N’allez pas plus loin que la valeur de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. Étape 14. Notez sur la fiche d’essai : a. La pression « à vide » indiquée par le manomètre (1); b. La pression « à vide » indiquée par le manomètre (2); c. La pression « à vide » indiquée par le manomètre (3). Étape 15. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 16. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 17. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations : cycle à vide. Le manomètre (2) indique la pression nominale dans la tuyauterie de drainage. Le manomètre (3) indique la pression nominale dans le carter. Le manomètre (1) indique la pression nominale dans le système. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. 2. Constatations : cycle à pleine charge. La pression du carter, lue sur le manomètre (3), augmente progressivement avec la pression du système. Elle dépasse la valeur maximale indiquée par le fabricant de la pompe. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. 3. Constatations : cycle à pleine charge. La pression du carter, lue sur le manomètre (3), augmente progressivement avec la pression du système. Elle dépasse la valeur maximale indiquée par le fabricant de la pompe. La pression de la tuyauterie de drainage, lue sur le manomètre (2), augmente aussi progressivement. Cependant, elle n’atteint pas le niveau indiqué par le manomètre (3). Le pyromètre (5) indique une élévation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 56 de 123 Diagnostic. Il y a des signes de fuites internes excessives dans la pompe. La surpression du carter est généralement causée par une difficulté du débit de fuite à s’écouler par l’orifice et la tuyauterie de drainage. Comme l’orifice et la tuyauterie de drainage sont en série, leurs résistances à l’écoulement s’ajoutent pour faire monter la pression dans le carter. Si les fuites internes sont excessives, la résistance à l’écoulement du circuit de drainage peut faire monter la pression du carter au-delà des tolérances spécifiées. Cela se traduira généralement par des fuites aux joints de l’arbre ou aux joints du carter. 4. Constatations : cycle à pleine charge. La pression de la tuyauterie de drainage, lue sur le manomètre (2), augmente progressivement avec la pression du système. Elle atteint un niveau dépassant la pression maximale du carter prescrite par le fabricant de la pompe. La pression du carter, lue sur le manomètre (3), augmente en parallèle avec la pression lue sur le manomètre (2). Les deux pressions dépassent la valeur maximale de la pression du carter prescrite par le fabricant. Le manomètre (1) indique le point de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. Il y a une élévation de modérée à importante de la température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (5). Diagnostic. Il semble y avoir une résistance excessive au niveau de la tuyauterie de drainage du carter. Le manomètre de pression du carter (2) n’indique en général que la pression causée par la résistance à l’écoulement dans le circuit de drainage. Pour déterminer si la pression excessive dans le carter est causée par des fuites internes importantes, par une résistance excessive de la tuyauterie de drainage ou par une combinaison des deux, il faudra parfois faire une mesure du débit de drainage du carter. Les étapes suivantes permettent de déterminer la cause fondamentale à l’aide d’un manomètre : Étape 1. Branchez un manomètre (2) de la tuyauterie de drainage en parallèle avec le raccord suivant (vers l’aval) et répétez l’essai à pleine charge. Étape 2. Si le manomètre (2) indique une pression plus basse, l’obstruction de la tuyauterie se situe en amont. Étape 3. S’il n’y a pas de changement de pression, branchez un manomètre (2) au niveau du raccord suivant et répétez l’opération. Étape 4. Continuez à déplacer ainsi le manomètre (2) sur toute la longueur de la tuyauterie de drainage, jusqu’à ce que l’obstruction soit localisée. CHAPITRE 10 57 de 123 NOTA. Si la surpression du carter est causée par un filtre de retour, un collecteur ou un refroidisseur, redirigez la tuyauterie de drainage directement au réservoir. Soumettez une demande de révision de la conception technique du circuit de drainage. CHAPITRE 10 58 de 123 Figure 2 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 59 de 123 Figure 3 – Procédure d’essai hors circuit pour la recherche d’une surpression de carter CHAPITRE 10 60 de 123 8. Comment mesurer en circuit la pression du carter dans une pompe à drainage externe Pression dans le carter de la pompe – (figure 1) La mesure de la pression de carter ne s’applique qu’aux pompes à drainage externe. Cette pression est causée par la résistance de l’huile, provenant des fuites internes qui s’écoulent du carter de la pompe par l’orifice de drainage et la tuyauterie de drainage, jusqu'au réservoir. Figure 1 – Drainage externe La pression dans le carter dépend de trois variables. 1. Fuites internes. 2. Température de l’huile. 3. Restrictions dans la tuyauterie de drainage. Pression dans le carter de la pompe - Maximum, à la température de fonctionnement normale (environ 140 °F [60 °C]) Joints à lèvre – Maximum : 15 à 25 lb/po2 (1 à 1,7 bar) Joints mécaniques – Maximum : 40 lb/po2 (2,76 bars) Symptômes courants associés à une surpression dans le carter de la pompe a. Fuites aux joints de l’arbre d’entraînement. b. Éclatement catastrophique du corps de la pompe. c. Fuites au joint du carter de la pompe. d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. CHAPITRE 10 61 de 123 Pression dans le carter de la pompe Procédure d’essai en circuit But de la procédure d’essai Tous les moteurs hydrauliques comportent des pièces mobiles les unes par rapport aux autres qui sont séparées par des jeux remplis d’un mince film d’huile. Ces pièces sont en général poussées les unes vers les autres par la pression du système s’exerçant sur leurs surfaces ou par la force de ressorts ou de joints. Théoriquement, une pompe fournit à chaque tour un volume de liquide égal à son déplacement. Le débit réel est moindre à cause des fuites internes. Quand la pression croît, les fuites augmentent et le rendement volumétrique diminue. Le rendement volumétrique est égal au débit réel divisé par le débit théorique et exprimé en pourcentage. Le débit de fuite dépend de quatre facteurs : 1. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent s’écouler de l’orifice de sortie vers l’orifice d’entrée (drainage interne), ou de l’orifice de sortie vers le carter de la pompe (drainage externe). Si la pompe est à drainage externe, son corps comporte un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices d’aspiration et de refoulement. Une tuyauterie de drainage reliée à cet orifice ramène les fuites directement au réservoir. L’orifice du carter de la pompe et la tuyauterie de drainage externe sont conçus pour des débits relativement faibles, dépendant du rendement volumétrique de la pompe. Le carter de la pompe est prévu pour des pressions relativement basses de l’ordre de 1 à 1,7 bar (15 à 25 lb/po2) pour des joints à lèvre, et jusqu’à 2,76 bars (40 lb/po2) pour des joints d’arbre mécaniques. Toute augmentation des fuites internes se traduit par un débit accru dans la tuyauterie de drainage des fuites. Si le débit de drainage augmente, la pression dans le carter augmentera également à cause de l'augmentation de la résistance à l'écoulement à l'orifice de drainage et dans la tuyauterie. Une surpression excessive dans le carter peut entraîner des fuites au joint d’arbre et aux joints d’assemblage de la pompe. À l’extrême, une forte surpression peut littéralement faire éclater la pompe. Les symptômes les plus courants d’une surpression excessive dans le carter de la pompe sont : a. Fuites au joint d’arbre; b. Rupture catastrophique du joint d’arbre; c. Fuites au joint du carter de la pompe. CHAPITRE 10 62 de 123 d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. La procédure d’essai vise à déterminer : a. La pression dans le carter de la pompe; b. La pression dans la tuyauterie de drainage; c. Si la pression dans la pompe est excessive et pourquoi. Les causes possibles sont : 1. Fuites internes anormalement élevées; 2. Restriction excessive dans la tuyauterie de drainage. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Manomètre (tuyauterie de drainage) 3. Manomètre (pression carter) 2. Manomètre (pression du système) 4. Pyromètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 2. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure 3. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 63 de 123 Étape 4. Branchez un manomètre (1) en parallèle avec le raccord de l’orifice de drainage de la pompe. NOTA. Examinez la pompe pour déterminer si elle possède un orifice d’accès secondaire. Cet orifice est généralement bouché. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour plus de détail. Toutes les pompes hydrauliques n’ont pas nécessairement un orifice secondaire d’accès au carter. S’il n’y en a pas, il ne sera pas possible de mesurer avec précision la pression du carter. Dans ce cas, l’essai de pression interne du carter doit être remplacé par une mesure du débit de fuite. Reportez-vous à la procédure d’essai pour les pompes à drainage externe, dans le présent chapitre. Étape 5. Retirez le bouchon de l’orifice de drainage secondaire. Branchez un manomètre (3) en série avec l’orifice de drainage du corps de la pompe. NOTA. Si du liquide s’écoule de la pompe pendant la mise en place des manomètres (2) et (3), commencez par remplir le corps de la pompe de liquide propre avant l’essai. Étape 6. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord de sortie de la pompe. Ouvrez le pointeau à fond (en dévissant). Étape 7. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. Étape 8. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 °C (130 °F). Observez le pyromètre (4). Étape 9. Notez sur la fiche la température lue sur le pyromètre (2). Étape 10. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. (Les étapes 10 à 13 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur.) Étape 11. Faites tourner la pompe à vide et notez sur la fiche d’essai : a. La pression indiquée sur le manomètre (1); b. La pression indiquée sur le manomètre (2); c. La pression indiquée sur le manomètre (3). NOTA. S’il s’agit d’une pompe à compensation de pression, effectuez la mesure de la pression de carter sur la pompe isolée. Consultez la page 36. Étape 12. Faites tourner la pompe à pleine charge (pression maximale enregistrée au cours d’un cycle de charge normal). Notez sur la fiche d’essai : a. La pression indiquée sur le manomètre (1); b. La pression indiquée sur le manomètre (2); CHAPITRE 10 64 de 123 c. La pression indiquée sur le manomètre (3). Étape 13. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 14. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 15. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations : cycle à vide. Le manomètre (1) indique la pression nominale dans la tuyauterie de drainage. Le manomètre (3) indique la pression nominale dans le carter. Le manomètre (2) indique la pression nominale dans le système. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le manomètre (1) indique la pression nominale dans la tuyauterie de drainage. Le manomètre (3) indique la pression nominale dans le carter de la pompe. Le manomètre (2) indique la pression de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La pompe semble être en bon état de fonctionnement. 3. Constatations : cycle à pleine charge. La pression du carter, lue sur le manomètre (3), augmente progressivement avec la pression du système. Elle dépasse la valeur maximale prescrite par le fabricant de la pompe. La pression de la tuyauterie, lue sur le manomètre (1), augmente aussi progressivement. Cependant, elle n’atteint pas le niveau indiqué par le manomètre (3). Le pyromètre (4) indique une augmentation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. Diagnostic. Il y a des signes de fuites internes excessives dans la pompe. La surpression du carter est généralement causée par une difficulté du débit de fuite à s'écouler par l'orifice et la tuyauterie de drainage. Comme l'orifice et la tuyauterie de drainage sont en série, leurs résistances à l'écoulement s'ajoutent pour faire monter la pression dans le carter. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 65 de 123 4. Constatations : cycle à pleine charge. La pression de la tuyauterie de drainage, lue sur le manomètre (1), augmente progressivement avec la pression du système. Elle atteint un niveau dépassant la pression maximale de carter prescrite par le fabricant de la pompe. La pression créée dans le carter par les fuites, qui est indiquée sur le manomètre (3), augmente en parallèle avec la pression lue sur le manomètre (1). Les deux pressions dépassent la valeur maximale pour la pression du carter spécifiée par le fabricant. Le manomètre (2) indique la pression de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. Le pyromètre (4) indique une élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. Diagnostic. Il semble y avoir une résistance excessive au niveau de la tuyauterie de drainage du carter. Le manomètre de pression du carter (1) n’indique en général que la pression causée par la résistance à l’écoulement dans le circuit de drainage. Pour déterminer si la pression excessive dans le carter est causée par des fuites internes importantes, par une résistance excessive de la tuyauterie de drainage ou par une combinaison des deux, il faudra parfois faire des mesures du débit de drainage du carter. Les étapes suivantes permettent de déterminer la cause fondamentale à l’aide d’un manomètre : Étape 1. Branchez un manomètre (1) de la tuyauterie de drainage en parallèle avec le raccord suivant (vers l’aval) et répétez l’essai à pleine charge. Étape 2. Si le manomètre (1) indique une pression plus basse, l’obstruction de la tuyauterie se situe en amont. Étape 3. S’il n'y a pas de changement de pression, branchez un manomètre (1) au niveau du raccord suivant et répétez l’opération. Étape 4. Continuez à déplacer ainsi le manomètre (1) sur toute la longueur de la tuyauterie de drainage, jusqu’à ce que l’obstruction soit localisée. NOTA. Si la surpression du carter est causée par un filtre de retour, un collecteur ou un refroidisseur, redirigez la tuyauterie de drainage directement au réservoir. Soumettez une demande de révision de la conception technique du circuit de drainage. CHAPITRE 10 66 de 123 Figure 2– Schéma du circuit CHAPITRE 10 67 de 123 Figure 3 – Procédure d’essai en circuit de pression du carter de la pompe CHAPITRE 10 68 de 123 9. Méthode d’essai d’une soupape de surpression – Essai de pression/fuites RÉVISEZ la théorie de fonctionnement des soupapes de surpression à action directe Figure 1 – Fonctionnement théorique d’une soupape de surpression Remarques importantes pour la vérification des régulateurs de pression a. Un régulateur de pression est « non passant », ce qui signifie qu’il bloque le passage au repos. b. Dans le contexte du dépannage, un régulateur de pression est classifié comme un « composant sans fuites ». c. Un régulateur de pression peut être vérifié dans le système ou indépendamment (figure 2). d. Pour vérifier un régulateur de pression, il suffit de débrancher son orifice de sortie. Figure 2 – Essai de pression et de fuites CHAPITRE 10 69 de 123 Dépannage des composants hydrauliques e. Le réglage de la pression d’ouverture n’est pas important pour la vérification d’un régulateur de surpression. Souvenez-vous que vous recherchez les fuites, pas la pression d’ouverture! Ne réglez pas le régulateur de pression avec l’appareil utilisé pour l’essai. Cela pourrait causer un sérieux problème de fonctionnement. f. Ne présumez pas que le siège est en bon état simplement parce que le régulateur peut être réglé à la pression spécifiée. g. En raison de sa conception différente, un régulateur de pression piloté a tendance à fuir plus qu’un régulateur à commande directe. Toutefois, il s’agit de fuites assez négligeables. Symptômes courants associés à un régulateur de pression qui fuit a. L’actionneur ne répond pas au tiroir – régulateur de pression. b. L’actionneur ralentit quand la température de l’huile monte – problème lié à la viscosité – régulateur de pression. c. La température de l’huile ne semble pas se stabiliser – régulateur de pression. d. L’actionneur manque de puissance et peine quand la charge augmente – régulateur de pression. e. L’actionneur dérive pendant l’alimentation du circuit secondaire – soupape de séquence. f. Cycles rapides du circuit de décharge de la pompe – soupape de décharge. g. Dérive de l’actionneur – soupape d’équilibrage. Causes les plus fréquentes de fuite d’un régulateur de pression (figure 3) Figure 3 – Causes de fuites les plus fréquentes AVERTISSEMENT CHAPITRE 10 70 de 123 Procédure d’essai hors circuit des soupapes de surpression à action directe But de la procédure d’essai Une soupape de surpression à action directe est normalement un composant « non passant » (son passage interne est fermé en position de repos). La soupape comprend un clapet mobile, généralement en acier, dans un corps en fonte ou en aluminium. Ce corps forme un siège interne. Le clapet contre lequel le clapet est appliqué par un ressort de force réglable. Les sièges du clapet et du corps sont rodés pour former un joint étanche évitant toute fuite lorsque la soupape est fermée. En fonctionnement normal, le clapet s’ouvre et se ferme fréquemment pour corriger les pointes de pression causées par l’accélération initiale de l’actionneur, les changements de direction, la décélération de l’actionneur ou le calage de l’actionneur. Ces cycles fréquents d’ouverture et de fermeture ont un effet de martelage qui peut conduire à la détérioration du siège. Cette détérioration est synonyme de fuites. Les fuites peuvent également être causées par l’érosion due aux fines particules en suspension. Lorsque l’huile s’écoule rapidement par le siège, les impuretés ont un effet abrasif. En fonctionnement, les fuites de la soupape se traduisent par une élévation de modérée à importante de la température de l’huile ou par un ralentissement de l’actionneur. Les problèmes de section de passage sont généralement influencés par la viscosité de l’huile, c’est-à-dire que les fuites sont faibles quand l’huile est froide et deviennent plus importante au fur et à mesure que la température de l’huile augmente. Les symptômes les plus courants associés aux soupapes de surpression sont : a. Le manque de réponse de l’actionneur quand le distributeur de commande est ramené au neutre; b. Le ralentissement de l’actionneur (quand la température de l’huile augmente (il devient « sensible à la viscosité); c. Une élévation de modérée à importante de la température de l’huile; d. Le manque de puissance de l’actionneur lorsque la charge (pression) augmente. La procédure d’essai vise à déterminer l’importance des fuites d’une soupape de surpression à action directe. CHAPITRE 10 71 de 123 POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Appareil d’essai portatif 2. Manomètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 2. Étape 1. Démarrez le moteur de la pompe. Vérifiez que la soupape de surpression à action directe est réglée conformément aux spécifications du fabricant. NOTA. Si la soupape ne répond pas aux réglages de sa pression d’ouverture, la pompe peut ne pas fournir un débit suffisant ou la soupape elle-même peut être défectueuse. Étape 2. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 3 Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 4. Observez le manomètre de pression du système. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. NOTA. La soupape de surpression peut être retirée du système pour la procédure d’essai. Étape 5. Branchez un appareil d’essai portatif (1) en série avec l’orifice d’entrée (côté pompe) de la soupape de surpression. Étape 6. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord de sortie de l’appareil d’essai (1). NOTA. Si la soupape de surpression n’est pas déjà réglée au niveau approprié, augmentez la force du ressort de quelques tours pour élever la pression de réglage pour l’essai. Étape 7. Appliquez graduellement la pression à l’orifice d’entrée de la soupape de surpression au moyen de l’appareil d’essai (1). Cessez de pomper et maintenez la pression lorsque le point d’ouverture de la soupape est atteint. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 72 de 123 NOTA. L’huile sous pression est emprisonnée entre l’appareil d’essai (1) et l’orifice d’entrée de la soupape de surpression. Étape 8. Observez l’effet des fuites en surveillant la diminution de la pression lue sur le manomètre (2). L’état de la soupape sera déterminé dans l’analyse des résultats d’essai. Étape 9. Ouvrez le robinet de décompression de l’appareil d’essai portatif (1). Pensez à relâcher la pression entre l’appareil (1) et la soupape de surpression. 1. Constatations. La soupape de surpression à action directe ne présente aucun signe de fuite avant d’atteindre sa pression d’ouverture. Diagnostic. La soupape de surpression semble être en bon état de fonctionnement. Au besoin, consultez la documentation du fabricant pour connaître le taux de fuites maximum prescrit. 2. Constatations. La pression monte quand l’appareil d’essai est actionné, mais baisse rapidement. Il y a un écoulement de liquide continu à l’orifice de sortie de la pompe, bien avant d’atteindre le point d’ouverture (à une pression plus basse que la pression de réglage). Diagnostic. La soupape de surpression fuit à cause de dommages internes, de l’usure ou de la présence de dépôt entre le clapet et le siège. Au besoin, consultez la documentation du fabricant pour connaître le taux de fuites maximum prescrit. 3. Constatations. L’appareil d’essai n’arrive pas à faire monter la pression et l’huile s’écoule en continu dans l’orifice de sortie. La soupape présente une fuite important bien avant d’atteindre son point d’ouverture (à une pression plus basse que sa pression de réglage). Diagnostic. La soupape de surpression fuit à cause de dommages internes, de l’usure de son clapet ou de son siège ou de la présence de dépôts entre le clapet et le siège. Réparez ou remplacez la soupape de surpression à action directe. Avertissement! Une soupape de surpression déjà réglée ne doit pas être réglée à nouveau avec une pompe à main. Il y a un risque sérieux de perturber le fonctionnement de la soupape. Consultez les recommandations du fabricant pour la procédure de réglage correct. Attention! Les réparations de composants doivent être faites par du personnel formé et autorisé. Des pièces mal installées ou non conformes peuvent causer une défaillance catastrophique du composant. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 73 de 123 Figure 1 – Essai de pression et de fuites sur une soupape de surpression CHAPITRE 10 74 de 123 10. Méthode d’essai d’un clapet antiretour – Essai de pression/fuites RÉVISEZ la théorie de fonctionnement de clapets antiretour Figure 1 – Théorie de fonctionnement Remarques importantes pour la vérification des clapets antiretour: a. Un clapet antiretour est « non passant ». Cela signifie qu’il bloque le passage de l’huile au repos. b. Dans le contexte du dépannage, un clapet antiretour est classifié comme un « composant sans fuites ». c. Un clapet antiretour peut être vérifié dans le système ou indépendamment. d. Pour vérifier un clapet antiretour, il suffit de débrancher son orifice de sortie. e. La façon la plus simple de vérifier l’état d’un clapet est de faire l’essai de pression et de fuites. Figure 2 – Essai de pression et de fuites CHAPITRE 10 75 de 123 Symptômes courants associés à un clapet antiretour qui fuit a. Dépressurisation prématurée du système lorsque le clapet antiretour sert à isoler un accumulateur d’une pompe. b. Problèmes de commande lorsque des distributeurs utilisent des clapets divers pour des fonctions de retenue de pression ou d’écoulement inverse, par exemple, soupapes de séquence, soupapes d’équilibrage, régulateurs de débit et soupapes antiretour pilotées. c. Cycles rapides de décharge du circuit de la pompe. Le clapet antiretour n’isole pas le passage pilote à distance. Causes les plus fréquentes des fuites d’un clapet antiretour Figure 3 – Causes de fuites les plus fréquentes CHAPITRE 10 76 de 123 Procédure d’essai hors circuit pour les clapets antiretour But de la procédure d’essai Un clapet antiretour comprend un corps en acier ou en laiton formant des orifices d’entrée et de sortie. L’intérieur du corps contient un clapet mobile appliqué contre son siège, en direction de l’entrée, par la force d’un ressort. La position du clapet par rapport aux orifices d’entrée et de sortie permet le libre passage de l’huile dans le sens normal (entrée vers sortie) et le bloque dans le sens inverse. Le liquide qui passe par l’orifice d’entrée décolle le clapet antiretour de son siège en surmontant la force du ressort, puis circule dans le corps pour ressortir à l’autre bout de la soupape. Si le liquide cherche à s’écouler dans l’autre sens, le clapet est appliqué contre son siège et interdit le passage. Les clapets antiretour ont en général des fuites minimes ou nulles. Les symptômes les plus courants associés à des clapets antiretour défectueux sont : a. Dépressurisation prématurée du système dans les applications qui comportent des accumulateurs. b. Problèmes de commande lorsque des distributeurs utilisent des clapets divers pour des fonctions de retenue de pression ou d’écoulement inverse, par exemple, soupapes de séquence, soupapes d’équilibrage, régulateurs de débit et soupapes antiretour pilotées, etc. c. Fuites aux clapets antiretour utilisés comme soupape de régulation de basse pression, ou dans les circuits de contournement des filtres et des échangeurs de chaleur. La procédure d’essai vise à déterminer l’importance des fuites inverses d’un clapet antiretour. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT CHAPITRE 10 77 de 123 Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Appareil d’essai portatif 2. Manomètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3 Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. NOTA. Le clapet antiretour peut être retiré du système pour la procédure d’essai. Étape 4. Branchez un appareil d’essai portatif (1) en série avec la sortie (écoulement inverse) du clapet antiretour. Étape 5. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord de sortie de l’appareil d’essai. Étape 6. Pompez graduellement avec l’appareil d’essai portatif (1) pour faire monter la pression. Étape 7. Cessez de pomper et maintenez la pression lorsque la valeur de réglage de la soupape de surpression du système ou du compensateur de la pompe est atteinte. NOTA. L’huile sous pression est emprisonnée entre l’appareil d’essai (1) et l’orifice d’entrée de la soupape de surpression. Étape 8. Observez le manomètre (2). La pression devrait rester stable pendant un temps raisonnable. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 78 de 123 Étape 9. Ouvrez le robinet de décompression de l’appareil d’essai portatif (1) pour relâcher la pression entre l’appareil et le clapet antiretour. 1. Constatations. La pression lue sur le manomètre (2) reste stable à la valeur de réglage de la soupape de surpression du système ou du compensateur de la pompe. Il peut avoir des fuites mineures se traduisant par une baisse de pression très graduelle. NOTA. Il n’y a pas de normes de fuites pour les clapets antiretour. Si les débits de fuite doivent être mesurés avec précision, utilisez les instructions du fabricant. Diagnostic. Les fuites en sens du clapet antiretour semblent être dans les valeurs spécifiées. 2. Constatations. La pression lue sur le manomètre (2) commence à monter quand l’appareil d’essai portatif est actionné. Cependant, la pression chute rapidement entre deux coups de pompe. Si l’orifice de sortie inverse du clapet antiretour est ouvert, on voit un flux régulier de liquide. L’appareil d’essai portatif n’arrive même pas à faire monter la pression l’orifice d’entrée du clapet antiretour à la valeur de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur de la pompe. Diagnostic. Les fuites en sens du clapet antiretour semblent excessives. Bien que la quantité de fuites semble faible, elle pourrait causer des problèmes de commande et produire une élévation appréciable de la température de l’huile en fonctionnement. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour les débits de fuite à ne pas dépasser. 3. Constatations. L’appareil d’essai portatif n’arrive même pas à faire monter la pression l’orifice de sortie du clapet antiretour. De l’huile fuit abondamment par l’orifice d’entrée de la soupape. Diagnostic. Les fuites à travers le clapet antiretour fermé sont excessives. Remplacez le clapet antiretour. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 79 de 123 Figure 1 – Exemple d’une fiche d’essai – Essai de pression et de fuites CHAPITRE 10 80 de 123 11. Étanchéité des vérins – Essai d’étanchéité en fin de course aller et retour RÉVISEZ la théorie de fonctionnement des vérins hydrauliques Figure 1 – Théorie de fonctionnement Quelques faits importants pour les essais de vérins hydrauliques a. Dans le contexte du dépannage, un vérin est classé comme un composant « sans fuites ». NOTA. Si l’étanchéité du piston est assurée par des segments en fonte, on peut s’attendre à quelques fuites du vérin. b. S’il y a des fuites entre les orifices d’un vérin, le problème pourrait provenir de joints de piston défectueux, d’un alésage endommagé ou des deux simultanément. c. Un vérin peut avoir un seul joint travaillant dans les deux directions, ou un joint par direction (figure 2). Il est donc recommandé que les vérins à double effet soient vérifiés dans les deux sens. CHAPITRE 10 81 de 123 Dépannage des composants hydrauliques Les vérins peuvent être équipés de systèmes d’étanchéité différents. Figure 2 – Systèmes d’étanchéité des vérins d. Un essai en fin de course (à pression bloquée) ne permet de vérifier que les joints et l'état de l'alésage du vérin dans une seule direction. Il ne détectera pas les problèmes dans la zone intermédiaire. Un essai à mi-course est nécessaire si le vérin a tendance à dériver en position intermédiaire. Symptômes courants associés à des fuites au niveau de l’étanchéité du piston a. Le vérin ne répond pas quand on agit sur le distributeur de commande directionnelle. b. Ralentissement du mouvement de la tige de piston dans un sens ou dans les deux. c. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. d. Ralentissement du mouvement de la tige de piston lorsque la charge augmente. e. Dérive de l’actionneur quand le distributeur est en position neutre. f. Sortie de la tige quand l’huile entre par un orifice ou par l’autre. Causes courantes de fuites dans les vérins hydrauliques (figure 3) Figure 3 – Causes habituelles des fuites des vérins CHAPITRE 10 82 de 123 Procédure d’essai pour vérifier l’étanchéité en fin de course aller du piston But de la procédure d’essai Un vérin hydraulique est constitué d’un corps cylindrique fermé aux deux bouts. À l’intérieur du vérin se déplace un piston attaché à une tige mobile. Le piston est muni de joints à sa périphérie pour éviter les fuites d’une chambre à l’autre. Le côté du piston d’où dépasse la tige est appelé « côté tige » du vérin. Le côté opposé est appelé extrémité fermée ou culasse du vérin. Il y a un orifice à chaque extrémité du vérin pour l’entrée et la sortie de l’huile déplaçant le vérin. Dans les vérins à double effet, deux types de systèmes d’étanchéité sont utilisés. Le piston est parfois muni d’un joint unique fonctionnant dans les deux sens. Autrement dit, ce joint assure l’étanchéité quel que soit l’orifice par lequel entre le liquide sous pression. C’est le type de joints le plus courant. Certains pistons portent deux joints montés dos à dos et fonctionnant l'un à l'aller, et l'autre au retour. La présente procédure d’essai vise à rechercher les fuites au niveau du piston. Ce genre de fuites peut être causé par un alésage endommagé ou usé, ou par une défectuosité des joints du piston. L’essai permet aussi de vérifier l’état des joints de tige assurant l’étanchéité de la chambre ouverte. Par contre, il ne permet pas de déterminer si le problème est dû à des joints défectueux ou à un vérin endommagé. Cependant, une variation anormale des fuites sur la longueur de la course du piston suggère que l’état de l’alésage du vérin est probablement en cause. Quand on ne connaît pas le système d’étanchéité du piston, il est recommandé d’effectuer l’essai dans les deux directions (aller et retour). Les symptômes les plus courants des problèmes d’étanchéité entre les chambres du vérin sont : a. Le vérin ne répond pas quand on agit sur le distributeur de commande directionnelle; b. Ralentissement du mouvement de la tige de piston dans un sens ou dans les deux; c. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement; d. Ralentissement du mouvement de la tige de piston lorsque la charge augmente; e. Dérive de l’actionneur quand le distributeur est en position neutre; f. Sortie de la tige quand l’huile entre par un orifice ou par l’autre. La procédure d’essai permettra de quantifier les fuites d’un vérin à double effet. CHAPITRE 10 83 de 123 POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Débitmètre 3. Pyromètre 2. Manomètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) de la page 88. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (1) en série dans la tuyauterie qui va à l’extrémité ouverte du vérin. Étape 5. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord côté culasse du vérin. Étape 6. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. Étape 7. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54°C (130°F). Observez le pyromètre (3). Étape 8. Manœuvrez le distributeur de commande directionnelle en position d’aller. Quand le piston atteint la fin de sa course d’aller, la pression augmente dans la chambre fermée du vérin, jusqu’à la valeur d’ouverture de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. Étape 9. Tout en maintenant cette position, notez sur la fiche d’essai : a. La pression lue sur le manomètre (2); b. Le débit lu sur le débitmètre (1). PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 84 de 123 Étape 10. Relâcher la manette du distributeur de commande directionnelle. Étape 11. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 12. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 13. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations. Le manomètre (2) indique la pression d’ouverture de la soupape de surpression générale. Le débitmètre (1) indique un débit de fuite nul ou minime. Diagnostic. Les fuites entre les chambres sont dans les normes de conception. 2. Constatations. Le manomètre (2) indique la pression de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur. Le débitmètre (1) indique un débit de modéré à important. Diagnostic. Les fuites entre les chambres semblent excessives. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour les limites de fuites prescrites. 3. Constatations. Le manomètre (2) indique une pression un peu plus basse que le point de réglage de la soupape de surpression. Le débitmètre (1) indique un débit important. Diagnostic. Les fuites du clapet antiretour sont excessives. Réparez ou remplacez-le. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 85 de 123 Procédure d’essai pour vérifier l’étanchéité en fin de course retour du piston But de la procédure d’essai Un vérin hydraulique est constitué d’un corps cylindrique fermé aux deux bouts. À l’intérieur du vérin se déplace un piston attaché à une tige mobile. Le piston est muni de joints à sa périphérie pour éviter les fuites d’une chambre à l’autre. Le côté du piston d’où dépasse la tige est appelé « côté tige » du vérin. Le côté opposé est appelé extrémité fermée ou culasse du vérin. Il y a un orifice à chaque extrémité du vérin pour l’entrée et la sortie de l’huile déplaçant le vérin. Dans les vérins à double effet, deux types de systèmes d’étanchéité sont utilisés. Le piston est parfois muni d’un joint unique fonctionnant dans les deux sens. Autrement dit, ce joint assure l’étanchéité quel que soit l’orifice par lequel entre le liquide sous pression. C’est le type de joints le plus courant. Certains pistons portent deux joints montés dos à dos et fonctionnant l'un à l'aller, et l'autre au retour. La présente procédure d’essai vise à rechercher les fuites au niveau du piston. Ce genre de fuites peut être causé par un alésage endommagé ou usé, ou par une défectuosité des joints du piston. L’essai permet aussi de vérifier l’état des joints de tige assurant l’étanchéité de la chambre ouverte. Par contre, il ne permet pas de déterminer si le problème est dû à des joints défectueux ou à un vérin endommagé. Cependant, une variation anormale des fuites sur la longueur de la course du piston suggère que l’état de l’alésage du vérin est probablement en cause. Quand on ne connaît pas le système d’étanchéité du piston, il est recommandé d’effectuer l’essai dans les deux directions (aller et retour). Les symptômes les plus courants des problèmes d’étanchéité entre les chambres du vérin sont : a. Le vérin ne répond pas quand on agit sur le distributeur de commande directionnelle; b. Ralentissement du mouvement de la tige de piston dans un sens ou dans les deux; c. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement; d. Ralentissement du mouvement de la tige de piston lorsque la charge augmente; e. Dérive de l’actionneur quand le distributeur est en position neutre; f. Sortie de la tige quand l’huile entre par un orifice ou par l’autre. La procédure d’essai permettra de quantifier les fuites d’un vérin à double effet. CHAPITRE 10 86 de 123 POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Débitmètre 3. Pyromètre 2. Manomètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) de la page 88. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (1) en série dans la tuyauterie qui aboutit à la chambre fermée du vérin. Étape 5. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord côté culasse du vérin. Étape 6. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. Étape 7. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 °C (130 °F). Observez le pyromètre (3). Étape 8. Actionnez le distributeur de commande directionnelle dans le sens du retour de la tige. Quand le piston arrive au bout de sa course de retour, la pression dans la chambre côté tige du vérin augmente à la valeur de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur de la pompe. Étape 9. Tout en maintenant cette position, notez sur la fiche d’essai : PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 87 de 123 a. Le débit indiqué sur le débitmètre (1); b. La pression indiquée sur le manomètre (2). Étape 10. Relâcher la manette du distributeur de commande directionnelle. Étape 11. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 12. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 13. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations. Le manomètre (2) indique la pression d’ouverture de la soupape de surpression générale. Le débitmètre (1) indique un débit de fuite nul ou minime. Diagnostic. Les fuites entre les chambres sont dans les normes de conception. 2. Constatations. Le manomètre (2) indique la pression de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur. Le débitmètre (1) indique un débit de modéré à important. Diagnostic. Les fuites entre les chambres semblent excessives. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour les valeurs de fuite prescrites. 3. Constatations. Le manomètre (2) indique une pression un peu plus basse que le point de réglage de la soupape de surpression. Le débitmètre (1) indique un débit important. Diagnostic. Les fuites entre les chambres sont excessives. Réparez ou remplacez le vérin. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 88 de 123 Figure 1 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 89 de 123 Figure 2 – Procédure d’essai d’étanchéité d’un vérin en fin de course aller/retour CHAPITRE 10 90 de 123 12. Distributeur de commande directionnelle – Orifices de travail « A » et « B » – Procédure d’essai hors circuit RÉVISEZ la théorie de fonctionnement des distributeurs de commande directionnelle Figure 1 – Théorie de fonctionnement CHAPITRE 10 91 de 123 Quelques faits importants pour l’essai des distributeurs de commande à tiroir coulissant a. Les distributeurs de commande directionnelle peuvent être vérifiés en circuit ou comme des composants séparés pour un essai de pression et de fuites. b. Dans le contexte du dépannage, un distributeur de commande directionnelle est classé comme un « composant avec fuites ». c. Les fuites d’un distributeur de commande directionnelle dépendent de trois variables : 1. Différence de pression au niveau du tiroir; 2. Jeux mécaniques; 3. Température de l’huile. d. Comme les fuites au niveau du tiroir deviennent à peu près inexistantes en dessous d’une pression de 200 lb/po2 (13,8 bars), les essais de pression et de fuite seront effectués, à long terme, entre le point de réglage de la soupape de surpression générale du système ou du compensateur de la pompe, et 200 lb/po2 (13,8 bars). L’essai doit être interrompu dès que les fuites deviennent excessives. e. Si les fuites semblent être excessives et que vous ne savez pas quelle est la limite, vérifiez le distributeur suspect par comparaison avec un autre de la machine (qui fonctionne normalement) ou avec un distributeur neuf. Si les autres méthodes ne sont pas concluantes, prenez un récipient gradué pour mesurer le débit de fuite et consultez le fabricant du distributeur. f. Sauf s’il y a un problème spécifique, les fuites des orifices « A » et « B » doivent être similaires. Symptômes courants associés aux fuites d’un distributeur de commande directionnelle a. Actionneur linéaire dérivant en position d’aller avec le distributeur en position neutre (maintien). b. Descente lente d’un actionneur linéaire vertical soumis à une charge, alors que le distributeur est en position neutre (maintien). c. Dérive accentuée d’un actionneur rotatif avec le distributeur en position neutre (maintien). d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. e. Positionnement précis impossible. f. L’actionneur continue de se déplacer avec le distributeur en position neutre. CHAPITRE 10 92 de 123 Causes courantes de fuites dans un distributeur de commande directionnelle (figure 2) Figure 2 – Causes courantes de fuites dans un distributeur de commande directionnelle CHAPITRE 10 93 de 123 Procédure d’essai pour la mesure des fuites des passages de travail « A » et « B » d’un distributeur de commande directionnelle But de la procédure d’essai En général, le tiroir d’un distributeur de commande directionnelle coulisse dans son alésage avec un jeu de 5 à 15 microns. La fabrication d’alésages parfaitement ronds et droits avec ce genre de tolérances est extrêmement difficile et il est extrêmement peu probable qu’un tiroir soit parfaitement concentrique dans son alésage. Les fabricants cherchent à améliorer leurs méthodes de coulée et d’usinage pour réduire les fuites entre les orifices en améliorant la précision des alésages et des tiroirs. Cependant, comme le tiroir se déplace dans le corps du distributeur, on peut s’attendre à quelques fuites. Si l’huile est fortement polluée par des particules de taille comparable aux jeux du tiroir et de son alésage, elles produiront une usure par abrasion. Cette usure élargit les jeux radiaux et diamétraux, ce qui entraînera des fuites croissantes avec le temps. Les fuites se traduisent par un échauffement de l’huile ou une diminution de la vitesse de l’actionneur. Elles peuvent également favoriser la dérive lente de la tige d’un vérin dans les applications utilisant un collecteur de pression. Les problèmes de jeu sont généralement sensibles à la viscosité, c’est-à-dire que des fuites minimes lorsque l’huile est froide deviennent plus importantes quand la température augmente. Cette procédure d’essai est applicable aux distributeurs de commande autres que les modules empilables de type « sandwich ». S’il y a de tels modules placés entre le distributeur et son embase ou son collecteur, il faut utiliser la procédure d’essai de fuites entre les orifices des « modules de circuit sandwich ». Les symptômes les plus courants des problèmes de fuites entre les orifices des distributeurs de commande directionnelle sont : a. Actionneur linéaire dérivant en position d’aller avec le distributeur en position neutre (maintien); b. Descente lente d’un actionneur linéaire vertical soumis à une charge, alors que le distributeur est en position neutre (maintien); c. Dérive accentuée d’un actionneur rotatif avec le distributeur en position neutre (maintien); d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement; e. Positionnement précis impossible; f. L’actionneur continue de se déplacer avec le distributeur en position neutre. CHAPITRE 10 94 de 123 La procédure d’essai vise à déterminer le débit de fuites par l’orifice « A » ou « B », selon celui qui est en essai, pour un distributeur de commande directionnelle. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Appareil d’essai portatif 3. Chronomètre (non représenté) 2. Manomètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. NOTA. Il n’est pas nécessaire de débrancher les tuyauteries des orifices « P » (pression) et « T » (réservoir) pour effectuer cet essai. Étape 4. Débranchez la tuyauterie de l’orifice « A » ou « B » de l’embase du distributeur, selon l’orifice à vérifier en premier. Étape 5. Branchez l’appareil d’essai portatif (1) en série avec l’orifice de travail à vérifier sur l’embase du distributeur de commande directionnelle. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 95 de 123 Étape 6. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord de sortie de l’appareil d’essai portatif (1). Étape 7. Débranchez la tuyauterie de l’orifice « B », si l’essai porte sur le passage de l’orifice « A » ou l’orifice « A » si l’essai porte sur le passage de l’orifice « B » de l’embase du distributeur. Étape 8. En pompant avec l’appareil d’essai (1), augmentez progressivement la pression au passage de l’orifice en essai. Cessez de pomper quand la pression de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur de la pompe est atteinte. NOTA. Il y a maintenant de l’huile sous pression emprisonnée entre l’appareil d’essai et le passage de l’orifice en essai du distributeur. Étape 9. Observez le manomètre (2). À l’aide d’un chronomètre, mesurez le temps qu’il faut pour que la pression retombe à 13,8 bars (200 lb/po2). NOTA. L’étanchéité du passage en essai est déterminée d’après le temps que met la pression pour tomber de la valeur de réglage de la soupape de surpression du système à 13,8 bars (200 lb/po2). Étape 10. Répétez la procédure d’essai sur l’autre orifice de travail et comparez les fuites. 1. Constatations. La pression lue sur le manomètre (2) commence à baisser dès qu’on cesse de pomper l’appareil d’essai portatif. Au départ, la pression baisse assez rapidement à cause de la forte différence qui existe entre les orifices. Le manomètre indique que les fuites entre les orifices diminuent progressivement au fur et à mesure que la différence de pression se réduit. La pression lue sur le manomètre met un temps « raisonnable » pour passer de la valeur de réglage de la soupape de surpression du système ou du compensateur de la pompe à 13,8 bars (200 lb/po2). NOTA. Il n’y a pas de norme concernant l’étanchéité des distributeurs de commande directionnelle. Si les débits de fuite doivent être mesurés avec précision, utilisez la documentation du fabricant. Diagnostic. Les fuites entre les orifices de travail « A » ou « B » semblent être normales et dans les spécifications. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 96 de 123 2. Constatations. En observant le manomètre (2), on constate que les coups de pompe de l’appareil d’essai portatif font augmenter la pression, mais qu’elle décroît rapidement entre deux coups de pompe. Si les orifices « P », « T » et « A » ou « B » sont ouverts, un écoulement régulier de liquide peut être observé aux orifices ouverts. L’appareil d’essai portatif ne permet pas d’atteindre la valeur de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur. Diagnostic. Les fuites entre les orifices de travail semblent excessives. Même si la quantité de liquide qui s’écoule semble peu importante, elle est cependant suffisante pour causer une dérive de l’actionneur ou une augmentation importante de la température de l’huile. S’il n’est pas possible de déterminer si les fuites entre les orifices de travail sont excessives, effectuez une analyse des fuites de l’actionneur. Si l’actionneur est dans les tolérances, remplacez le distributeur de commande directionnelle. Au besoin, consultez la documentation du fabricant pour les valeurs de fuites à ne pas dépasser. 3. Constatations. L’appareil d’essai portatif n’arrive même pas à faire monter la pression dans le passage de l’orifice « A » ou « B ». Le liquide s’écoule en abondance par les orifices ouverts du distributeur. Diagnostic. Il y a des fuites excessives au passage de l’orifice « A » ou « B ». Remplacez le distributeur de commande directionnelle. NOTA. Avant de déposer le distributeur, vérifiez si les fuites excessives ne sont pas dues à un tiroir mal centré ou qui force dans son alésage. Un mauvais centrage du tiroir peut être causé par l’accumulation de dépôts dans les gorges du tiroir, dans l’alésage ou dans les bouchons d’extrémité. Le coincement du tiroir peut être dû à un défaut d’alignement dans le corps, à cause d’un montage mal effectué, ou par un serrage excessif du boulon de montage ou des raccords coniques. ATTENTION! Les procédures des composants ne devraient être faites que par du personnel formé et autorisé. Des pièces non conformes ou mal montées peuvent causer une défaillance catastrophique du composant. CHAPITRE 10 97 de 123 Figure 1 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 98 de 123 Figure 2 – Procédure d’essai hors circuit des orifices « A » et « B » CHAPITRE 10 99 de 123 Procédure d’essai hors circuit des fuites aux orifices « A » et « B » des modules de circuit sandwich But de la procédure d’essai Pour simplifier l’installation, éliminer la résonance des sources, réduire les tuyauteries extérieures et abaisser les coûts, on utilise souvent des composants modulaires simples et complexes assemblés en une pile unique. La pile peut comprendre des modules de circuit sandwich, des embases percées et des distributeurs de commande industriels. Cette modularité facilite la modification de circuits existants. On peut ajouter des fonctions de commande supplémentaires sans avoir à changer les tuyauteries et les raccords. Trois ou quatre modules sandwich peuvent être assemblés en un bloc de commande directionnelle unique pour contrôler un certain nombre de fonctions. Les quatre passages intérieurs sont séparés par des soupapes cartouches, des tiroirs et des joints toriques. Comme les distributeurs de commande sont généralement intégrés en un ou plusieurs modules de circuit, il est généralement très difficile de détecter les chemins de fuites entre leurs orifices. Les causes les plus courantes de fuites dans les modules empilables sont : a. Pollution de l’huile causant un fonctionnement défectueux ou erratique; b. L’usure des pièces des distributeurs ou des modules de circuit; c. Les fuites aux joints toriques. Les fuites entre orifices causent des problèmes tels que la dérive des actionneurs, l’échauffement de l’huile, un mauvais rendement des actionneurs dans un sens ou dans les deux, ou même une perte totale de la commande de l’actionneur dans les deux directions. Les symptômes les plus courants associés à des problèmes de fuites excessives entre les orifices des distributeurs de commande directionnelle sont : a. Actionneur linéaire dérivant en position d’aller avec le distributeur en position neutre (maintien); b. Descente lente d’un actionneur linéaire vertical soumis à une charge, alors que le distributeur est en position neutre (maintien); c. Dérive accentuée d’un actionneur rotatif avec le distributeur en position neutre (maintien); d. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement; e. Positionnement précis impossible. CHAPITRE 10 100 de 123 La procédure d’essai vise à déterminer : a. Le débit de fuite par l’orifice « A » ou « B », selon celui qui est en essai, pour un distributeur de commande directionnelle; b. Le débit de fuite éventuel entre les orifices d’un module de circuit; c. Comment isoler une fuite dans une pile de composants modulaires comprenant un ou plusieurs modules de circuit. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Appareil d’essai portatif 4. Accessoires d’assemblage d’un bloc de commande 2. Manomètre (non représentés) 3. Chronomètre (non représenté) 5. Embase intercalaire pour les modules sandwich Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Séparez le ou les modules de circuit sandwich et le distributeur de commande directionnelle de l’embase. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 101 de 123 NOTA. S’il est possible de débrancher facilement et sans risque les tuyauteries des orifices « A » et « B » de l’embase existante, la procédure d’essai peut se faire avec les distributeurs en place sur la machine. Étape 5. Branchez le bloc de commande comme il était installé sur l’embase d’origine, mais sur l’embase d’essai. Serrez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. Étape 6. Branchez un appareil d’essai portatif (1) en série avec l’orifice « A » ou « B » de l’embase. Étape 7. Branchez un manomètre (2) en parallèle avec le raccord de sortie de l’appareil d’essai portatif (1). Étape 8. Appliquez la pression à l’orifice « A » ou « B » en pompant l’appareil d’essai (1). Cessez de pomper quand la pression atteint la valeur de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. NOTA. De l’huile sous pression est maintenant emprisonnée entre l’appareil d’essai et l’orifice « A » ou « B » de l’embase du module de circuit sandwich. Étape 9. Observez le manomètre (2). À l’aide d’un chronomètre, mesurez le temps qu’il faut pour que la pression retombe à13,8 bars (200 lb/po2). NOTA. L’importance des fuites du distributeur de commande et des modules de circuit est déterminée d’après le temps que met la pression pour tomber de la valeur de réglage de la soupape de surpression du système à 13,8 bars (200 lb/po2). Étape 10. Répétez la procédure d’essai sur l’autre orifice de travail et comparez les fuites. 1. Constatations. Pour un distributeur de commande à centre fermé non associé à un module de circuit à clapet de retenue ou soupape d’équilibrage (accès direct au passage de l’orifice « A » ou « B »). La pression lue sur le manomètre (2) commence immédiatement à baisser dès qu’on cesse de pomper l’appareil d’essai portatif. Au départ, la pression baisse assez rapidement à cause de la forte différence qui existe entre les orifices. Le manomètre indique que les fuites entre les orifices diminuent progressivement au fur et à mesure que la différence de pression se réduit. La pression lue sur le manomètre met un temps « raisonnable » pour passer de la valeur de réglage de la soupape de surpression du système ou du compensateur de la pompe à 13,8 bars (200 lb/po2). NOTA. Il n’y a pas de norme concernant l’étanchéité des distributeurs de commande directionnelle. Si les débits de fuite doivent être mesurés avec précision, utilisez la documentation du fabricant. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 102 de 123 Diagnostic. Les fuites des passages de l’orifice « A » ou « B » semblent être conformes à la valeur spécifiée. 2. Constatations. Pour un distributeur de commande à centre fermé non associé à un module de circuit à clapet de retenue ou soupape d’équilibrage (accès direct au passage de l’orifice « A » ou « B »). La pression lue sur le manomètre (2) commence à monter quand on actionne l’appareil d’essai, mais retombe rapidement entre deux coups de pompe. Si les orifices « P » « T » et « B » ou « A » sont ouverts, un filet d’huile constant coule du distributeur. L’appareil d’essai portatif n’arrive pas à amener le passage de l’orifice « A » ou « B » à la valeur de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur de la pompe. Diagnostic. Les fuites aux passages de l’orifice « A » ou « B » semblent être excessives. Bien que le débit de fuite semblait minime, il est suffisant pour faire dériver un actionneur et pour provoquer une élévation marquée de la température de l’huile en fonctionnement. S’il n’est pas possible de déterminer que les fuites aux orifices sont excessives, effectuez une procédure d’analyse des fuites à l’actionneur. Si les fuites de l’actionneur sont dans les spécifications, remplacez le distributeur de commande directionnelle. NOTA. Un ou plusieurs modules de circuit peuvent être montés en parallèle avec le distributeur et l’embase. Les fuites peuvent donc être causées par n’importe lequel de ces modules de circuit, autant que par le distributeur. Les étapes suivantes permettront de déterminer le composant en cause. Étape 1. Dévissez les tirants d’assemblage de la pile de circuits sandwich et du distributeur de commande directionnelle sur l’embase d’essai. Étape 2. Déposez le module de circuit sandwich le plus proche de l’embase. Étape 3. Réinstallez les autres modules et le distributeur de commande directionnelle sur l’embase. Revissez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. NOTA. Utilisez un jeu de tirants plus courts pour réinstaller l’ensemble. Étape 4. Recommencez l’essai d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B » à l’aide de l’appareil d’essai portatif (1). Cessez de pomper quand la pression de réglage de la soupape de surpression du système est atteinte. NOTA. S’il est maintenant possible d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B », la fuite se situe dans le module de circuit qui a été retiré. Étape 5. S’il est toujours impossible d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B », continuez à déposer les modules de circuit un par un jusqu’à ce que la fuite ait été localisée. Étape 6. Répétez cette procédure d’essai pour l’autre passage de l’orifice « B » ou « A ». Étape 7. Quand la fuite entre les orifices a été localisée, réparez ou remplacez le composant défectueux et réinstallez le bloc de commande sur son embase d’origine. Serrez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. Au besoin, consultez la documentation du fabricant pour les valeurs de fuites à ne pas dépasser. CHAPITRE 10 103 de 123 3. Constatations. L’appareil d’essai portatif n’est pas capable d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B ». L’huile coule abondamment par les orifices ouverts du distributeur. Diagnostic. Il y a des fuites excessives à l’orifice « A » ou « B ». NOTA. Un ou plusieurs modules de circuit peuvent être montés en parallèle avec le distributeur et l’embase. Les fuites peuvent donc être causées par n’importe lequel de ces modules de circuit, autant que par le distributeur. Les étapes suivantes permettront de déterminer le composant en cause. Étape 1. Enlevez les tirants d’assemblage des modules de circuit et séparez le distributeur de commande directionnelle de l’embase d’essai. Étape 2. Enlevez le module de circuit sandwich le plus proche de l’embase. Étape 3. Réinstallez les autres modules et le distributeur de commande directionnelle sur l’embase. Revissez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. NOTA. Utilisez un jeu de tirants plus courts pour réinstaller l’ensemble. Étape 4. Recommencez l’essai d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B » à l’aide de l’appareil d’essai portatif (1). Cessez de pomper quand la pression de réglage de la soupape de surpression du système est atteinte. NOTA. S'il est maintenant possible d'établir la pression au passage de l'orifice « A » ou « B », la fuite se situe dans le module de circuit qui a été retiré. Étape 5. S’il n’est pas possible d'établir la pression au passage de l'orifice « A » ou « B », continuez à déposer un par un les modules de circuit jusqu’à ce que la fuite entre les passages ait été identifiée. Étape 6. Répétez cette procédure d’essai pour l’autre passage de l’orifice « B » ou « A ». Étape 7. Quand la fuite entre les orifices a été localisée, réparez ou remplacez le composant défectueux et réinstallez le bloc de commande sur son embase d’origine. Serrez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. NOTA. Avant de déposer le distributeur, vérifiez si les fuites excessives ne sont pas dues à un tiroir mal centré ou qui force dans son alésage. Un mauvais centrage du tiroir peut être causé par l'accumulation de dépôts dans les gorges du tiroir, dans l'alésage ou dans les bouchons d'extrémité. Le coincement du tiroir peut être dû à un défaut d'alignement dans le corps, à cause d'un montage mal effectué, ou par un serrage excessif du boulon de montage ou des raccords coniques. 4. Constatations. Pour un distributeur de commande directionnelle à centre fermé ou à centre ouvert associé à un module de circuit comportant un clapet de retenue ou une soupape d’équilibrage : la pression indiquée sur le manomètre (2) reste stable et atteint la valeur de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur de la pompe. Une lente baisse de pression peut être due à une fuite mineure dans un module de circuit. Diagnostic. Les fuites au passage des orifices « A » ou « B » semblent être dans les valeurs spécifiées. CHAPITRE 10 104 de 123 5. Constatations. Pour un distributeur de commande directionnelle à centre fermé ou à centre ouvert associé à un module de circuit comportant un clapet de retenue ou une soupape d’équilibrage, la pression indiquée sur le manomètre (2) commence à monter lorsque l’appareil d’essai portatif est actionné. Cependant, la pression baisse rapidement entre deux coups de pompe. Si les orifices « P », « T » et « A » ou « B » sont ouverts, un écoulement régulier de liquide peut être observé aux orifices ouverts. L’appareil d’essai portatif n’arrive même pas à faire monter la pression au passage de l’orifice « A » ou « B » à la valeur de réglage de la soupape de surpression ou du compensateur de la pompe. Diagnostic. Les fuites au passage de l’orifice « A » ou « B » semblent excessives. Ces fuites peuvent être causées par un ou plusieurs des modules de circuit. Bien que ces fuites puissent sembler minimes, elles risquent de causer une dérive de l’actionneur ou une élévation marquée de la température de l’huile en fonctionnement. NOTA. Un ou plusieurs modules de circuit peuvent être montés en parallèle avec le distributeur et l’embase. Les fuites peuvent donc être causées par n’importe lequel de ces modules de circuit, autant que par le distributeur. Les étapes suivantes permettront de déterminer le composant en cause. Étape 1. Enlevez les tirants d’assemblage des modules de circuit sandwich et séparez le distributeur de commande directionnelle de l’embase d’essai. Étape 2. Enlevez le module de circuit sandwich le plus proche de l’embase. Étape 3. Réinstallez les autres modules et le distributeur de commande directionnelle sur l’embase. Revissez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. NOTA. Utilisez un jeu de tirants plus courts pour réinstaller l’ensemble. Étape 4. Recommencez l’essai d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B » à l’aide de l’appareil d’essai portatif (1). Cessez de pomper quand la pression de réglage de la soupape de surpression du système est atteinte. NOTA. S'il est maintenant possible d'établir la pression au passage de l'orifice « A » ou « B », la fuite se situe dans le module de circuit qui a été retiré. Étape 5. S’il est toujours impossible d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B », continuez à déposer les modules de circuit un par un jusqu’à ce que la fuite ait été localisée. Étape 6. Répétez cette procédure d’essai pour l’autre passage de l’orifice « B » ou « A ». Étape 7. Quand la fuite entre les orifices a été localisée, réparez ou remplacez le composant défectueux et réinstallez le bloc de commande sur son embase d’origine. Serrez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour les valeurs de fuites à ne pas dépasser. CHAPITRE 10 105 de 123 6. Constatations. Pour un distributeur de commande directionnelle à centre fermé ou à centre ouvert à centre fermé ou à centre ouvert, associé à un module de circuit comprenant un clapet de retenue ou une soupape d’équilibrage, l’appareil d’essai portatif n’est pas capable d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B ». L’huile coule abondamment par les orifices ouverts du distributeur. Diagnostic. Les fuites au passage des orifices « A » ou « B » passage sont excessives. NOTA. Un ou plusieurs modules de circuit peuvent être montés en parallèle avec le distributeur et l’embase. Les fuites peuvent donc être causées par n’importe lequel de ces modules de circuit, autant que par le distributeur. Les étapes suivantes permettront de déterminer le composant en cause. Étape 1. Enlevez les tirants d’assemblage des modules de circuit sandwich et séparez le distributeur de commande directionnelle de l’embase d’essai. Étape 2. Déposez le module de circuit sandwich le plus proche de l’embase. Étape 3. Réinstallez les autres modules et le distributeur de commande directionnelle sur l’embase. Revissez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. NOTA. Utilisez un jeu de tirants plus courts pour réinstaller l’ensemble. Étape 4. Recommencez l’essai d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B » à l’aide de l’appareil d’essai portatif (1). Cessez de pomper quand la pression de réglage de la soupape de surpression du système est atteinte. NOTA. S'il est maintenant possible d'établir la pression au passage de l'orifice « A » ou « B », la fuite se situe dans le module de circuit qui a été retiré. Étape 5. S’il est toujours impossible d’établir la pression au passage de l’orifice « A » ou « B », continuez à déposer les modules de circuit un par un jusqu’à ce que la fuite ait été localisée. Étape 6. Répétez cette procédure d’essai pour l’autre passage de l’orifice « B » ou « A ». Étape 7. Quand la fuite entre les orifices a été localisée, réparez ou remplacez le composant défectueux et réinstallez le bloc de commande sur son embase d’origine. Serrez les tirants d’assemblage aux couples prescrits. CHAPITRE 10 106 de 123 Figure 1 – Procédure d’essai hors circuit pour la mesure des fuites aux orifices « A » et « B » des modules de circuit sandwich CHAPITRE 10 107 de 123 13. Procédure de mesure des fuites pour un moteur à drainage interne RÉVISEZ la théorie de fonctionnement des moteurs hydrauliques Figure 1 – Théorie de fonctionnement Remarques importantes pour les essais de moteurs hydrauliques Ne tentez jamais de faire caler un moteur hydraulique pour vérifier ses fuites. Le couple d’un moteur est fonction de la pression et de la cylindrée. Certains moteurs de petite taille peuvent avoir une grosse cylindrée. a. La technique de régulation de débit en sortie n’est pas efficace pour les essais de moteurs hydrauliques. b. Les moteurs hydrauliques fuient en sens inverse des pompes, de l’orifice d’entrée vers l’orifice de sortie, c’est-à-dire du côté haute pression vers le côté basse pression. c. Les fuites d’un moteur dépendent de trois variables : 1. Différence de pression entre les orifices du moteur; 2. Jeux mécaniques; 3. Température de l’huile. d. En règle générale, si les fuites dépassent 25 % à 30 % du débit à vide, le moteur doit être remplacé. e. Les essais doivent se faire à une température d’huile d’environ 140 ºF (60 ºC). f. Pour vous aider à déterminer les causes d’un problème, commencez toujours par déterminer les symptômes et consultez les opérateurs pour leurs remarques. ATTENTION CHAPITRE 10 108 de 123 Dépannage des composants hydrauliques Figure 2 – L’écoulement dépend de la différence de pression de part et d’autre d’un jeu mécanique Symptômes courants associés à des fuites excessives d’un moteur a. Ralentissement progressif du moteur quand la température de l’huile augmente. b. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement. c. Moteurs ayant tendance à caler à basse vitesse. Rendement volumétrique des moteurs - Les fabricants de moteurs expriment les fuites en terme de rendement volumétrique. Les différents types de moteurs ont des rendements différents : • moteur à pistons – environ 97 % • moteurs à palettes – environ 96 % • moteurs à engrenages – environ 80 % • moteur Gerotor – environ 80 % 1.0 CHAPITRE 10 109 de 123 Moteur à drainage interne Procédure d’essai hors circuit pour la mesure des fuites But de la procédure d’essai Les moteurs hydrauliques contiennent des pièces mobiles qui se déplacent les unes par rapport aux autres, séparées par des jeux remplis d’huile. Ces pièces sont généralement poussées l’une vers l’autre par la pression du système, leur surface ou des ressorts et des joints. Les moteurs hydrauliques sont très semblables aux pompes hydrauliques et ont les mêmes rendements volumétriques. Cependant, il y a quelques différences subtiles, mais importantes, entre les pompes et les moteurs. Une pompe « pousse » l’huile pour produire son débit. Elle tourne en général toujours dans le même sens et son orifice d’entrée est normalement plus gros que son orifice de sortie. Les moteurs, qui sont des actionneurs, sont « poussés » par le flux d’huile pour produire une rotation continue et un couple. Les moteurs sont souvent capables de tourner dans les deux sens et leurs orifices de raccordement ont le même diamètre. La cylindrée des moteurs est la quantité d’huile qui le traverse à chaque tour. La vitesse de l’arbre dépend de la cylindrée du moteur et du débit d’huile, alors que le couple de sortie dépend de la différence de pression entre les deux orifices du moteur. Théoriquement, un moteur tourne à une vitesse déterminée par sa cylindrée à chaque tour. La vitesse réelle est un peu plus basse, à cause des fuites internes. Quand la différence de pression augmente, les fuites augmentent également et la vitesse de l’arbre du moteur subit une réduction proportionnelle. Le débit de fuite est influencé par quatre facteurs : 1. Différence de pression de part et d’autre des jeux mécaniques; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques (tolérances). Les fuites internes peuvent se faire de l’orifice d’entrée vers l’orifice de sortie (fuites internes), ou de l’orifice d’entrée vers le carter du moteur (drainage externe). Les moteurs à drainage externe ont un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices de travail, sur le corps du moteur. Cet orifice est relié à une tuyauterie d’évacuation qui aboutit directement au réservoir. En règle générale, le rendement volumétrique d’un moteur hydraulique est compris entre 80 % et 97 %, selon le type de moteur. Comme les moteurs hydrauliques sont généralement réversibles, le sens de rotation détermine l’orifice d’entrée et de sortie. Leurs rôles sont échangés si le moteur tourne en sens inverse. Le rendement volumétrique et les fuites d’un moteur à drainage interne peuvent être déterminés en comparant la vitesse de l’arbre « à vide » et la vitesse de l’arbre « à pleine charge », en observant simultanément le débit au moyen d’un débitmètre. Les moteurs à drainage interne comprennent les moteurs à engrenages internes, à engrenages externes, Gerotor et à palettes à rotor équilibré. CHAPITRE 10 110 de 123 Les symptômes les plus courants associés à des fuites excessives dans un moteur sont : a. Ralentissement progressif du moteur lorsque la température de l’huile augmente; b. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement; c. Tendance à caler à basse vitesse. La procédure d’essai vise à déterminer les fuites entre les orifices d’un moteur à drainage interne. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Manomètre 4. Tachymètre 2. Débitmètre 5. Pyromètre 3. Limiteur de débit à pointeau Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (2) en série dans la tuyauterie reliée à l’orifice d’entrée du moteur. S’il s’agit d’une application bidirectionnelle, le moteur doit être essayé dans les deux sens. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 111 de 123 Étape 5. Branchez le limiteur de débit (3) en série avec l’orifice d’entrée du débitmètre (2). Le pointeau du limiteur (3) permet de créer une charge « artificielle » à l’entrée du débitmètre (2). Étape 6. Branchez un manomètre (1) en parallèle avec le raccord d’entrée du débitmètre (2). Étape 7. Ouvrez le limiteur de débit (3) (en dévissant son pointeau). Étape 8. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. NOTA. S’il semble y avoir eu une défaillance catastrophique du moteur, ne le faites tourner que le strict nécessaire pour vérifier son état. Si vous trouvez des particules métalliques dans les tuyauteries, à la sortie du moteur, dans les filtres en ligne ou de retour, ou encore dans le réservoir, NE FAITES PAS tourner le moteur. Remplacez-le et effectuez la procédure de démarrage après une défaillance catastrophique. Étape 9. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54ºC (130ºF). Observez le pyromètre (5). NOTA. Pour des résultats précis, vérifiez et réglez au besoin la soupape de surpression ou le compensateur de la pompe. Respectez la documentation du fabricant. Étape 10. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. (Les étapes 11 à 16 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur.) Étape 11. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de l’arbre de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre (4). NOTA. Si la vitesse de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre, n’est pas conforme aux spécifications de la machine, faites les réglages nécessaires et poursuivez la procédure d’essai. Le débit de la pompe est proportionnel à la vitesse de l’arbre d’entrée. S’il y a une réduction de débit due à une vitesse basse du moteur d’entraînement, cela affectera directement la vitesse de l’arbre. Il faut vérifier la vitesse de rotation avant d’effectuer les procédures d’essai sur l’actionneur. Étape 12. Supprimez la charge de l’arbre de sortie du moteur. Étape 13. Actionnez le distributeur de commande directionnelle pour diriger le plein débit de la pompe vers le moteur, à travers le débitmètre (2). Étape 14. Notez sur la fiche d’essai : a. La pression « à vide », lue sur le manomètre (1); b. Le débit « à vide » vers le moteur lu sur le débitmètre (2); c. La vitesse de l’arbre du moteur « à vide », lue sur le tachymètre (4); d. La température de l’huile lue sur le pyromètre (5). Étape 15. Appliquez progressivement la charge au système en fermant le limiteur de débit (3) vers le moteur (en vissant le pointeau). Appliquez la charge du système par incréments de 100 lb/po2 (6,9 bars). CHAPITRE 10 112 de 123 Étape 16. Pour chaque incrément de 6,9 bars (100 lb/po2), notez sur la fiche d’essai : a. La pression indiquée sur le manomètre (1); b. Le débit vers le moteur lu sur le débitmètre (2); c. La vitesse de l’arbre du moteur, lue sur le tachymètre (4). Étape 17. Poursuivez la mise en charge par incréments jusqu’à la valeur de réglage de la soupape de surpression générale ou du compensateur de la pompe. Étape 18. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de la pompe à pleine charge lue sur le tachymètre (4). Étape 19. Ouvrez le limiteur de débit (3) à fond (en dévissant son pointeau). Étape 20. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 21. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 22. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (2) indique une diminution nominale du débit lorsqu’on ferme le limiteur de débit (3) (en vissant son pointeau) pour créer une charge artificielle sur le système hydraulique. Cette diminution de débit ne dépasse pas la perte calculée à partir du rendement volumétrique de la pompe et de la baisse nominale de la vitesse du moteur d’entraînement. Le tachymètre (4) indique une diminution minime de la vitesse du moteur hydraulique. Cette baisse de vitesse ne dépasse pas la perte prévue en fonction du rendement volumétrique de la pompe et de la diminution nominale de la vitesse de son moteur. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (5), reste dans les tolérances spécifiées. La vitesse du moteur d’entraînement reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Les fuites du système hydraulique, à l’exclusion du moteur, semblent être dans les tolérances spécifiées. 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (2) indique une baisse de débit de modérée à importante lorsque le limiteur de débit (3) impose une charge artificielle au système hydraulique. Le tachymètre (4) indique une diminution de la vitesse du moteur hydraulique proportionnelle à la diminution du débit. Le pyromètre (5) indique une élévation modérée de la température de l’huile. La vitesse du moteur d’entraînement reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La diminution du moteur hydraulique est proportionnelle à la diminution du débit fourni. Cela indique que le moteur n’est pas la cause du problème. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 113 de 123 Pour trouver la cause, il faudra vérifier individuellement chaque composant du système en amont du limiteur de débit (3). 3. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (2) indique une diminution minime du débit quand le limiteur de débit (3) impose une charge artificielle au système hydraulique. La diminution de débit ne dépasse pas la valeur prévue à partir du rendement volumétrique de la pompe et de la diminution nominale de la vitesse de son moteur d’entraînement. Pendant le fonctionnement de la machine, le tachymètre (4) indique une baisse progressive de la vitesse du moteur quand la charge imposée à son arbre de sortie augmente au cours du cycle de charge normal. La diminution de vitesse approche ou dépasse 30 % de la vitesse du moteur à vide (voir NOTA page 120). Le pyromètre (5) indique une élévation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. La vitesse du moteur d’entraînement de la pompe reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Si le débitmètre indique que le débit fourni au moteur reste dans les limites du rendement volumétrique du système et si le tachymètre indique une baisse de vitesse causant une perte inacceptable de vitesse du moteur, c’est que les fuites sont excessives au niveau du moteur. Réparez-le ou remplacez-le. Des fuites de cette importance peuvent également s’accompagner d’une élévation marquée de la température de l’huile en fonctionnement. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour les valeurs de fuite à ne pas dépasser. CHAPITRE 10 114 de 123 Figure 1 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 115 de 123 Figure 2 – Procédure d’essai de fuite sur un moteur à drainage interne CHAPITRE 10 116 de 123 Procédure d’essai en circuit d’un moteur à drainage interne But de la procédure d’essai Les moteurs hydrauliques contiennent des pièces mobiles qui se déplacent les unes par rapport aux autres, séparées par des jeux remplis d’huile. Ces pièces sont généralement poussées l’une vers l’autre par la pression du système, leur surface ou des ressorts et des joints. Les moteurs hydrauliques sont très semblables aux pompes hydrauliques et ont les mêmes rendements volumétriques. Cependant, il y a quelques différences subtiles, mais importantes entre les pompes et les moteurs. Une pompe « pousse » l’huile pour produire son débit. Elle tourne en général toujours dans le même sens et son orifice d’entrée est normalement plus gros que son orifice de sortie. Les moteurs, qui sont des actionneurs, sont « poussés » par le flux d’huile pour produire une rotation continue et un couple. Les moteurs sont souvent capables de tourner dans les deux sens et leurs orifices de raccordement ont le même diamètre. La cylindrée des moteurs est la quantité d’huile qui le traverse à chaque tour. La vitesse de l’arbre dépend de la cylindrée du moteur et du débit d’huile, alors que le couple de sortie dépend de la différence de pression entre les deux orifices du moteur. Théoriquement, un moteur tourne à une vitesse déterminée par sa cylindrée à chaque tour. La vitesse réelle est un peu plus basse, à cause des fuites internes. Quand la différence de pression augmente, les fuites augmentent également et la vitesse de l’arbre du moteur subit une réduction proportionnelle. Le débit de fuite est influencé par quatre facteurs : 1. Différence de pression au niveau des jeux; 2. Viscosité de l’huile; 3. Température; 4. Jeux mécaniques. Les fuites internes peuvent se faire de l’orifice d’entrée vers l’orifice de sortie (fuites internes), ou de l’orifice d’entrée vers le carter du moteur (drainage externe). Les moteurs à drainage externe ont un orifice supplémentaire, généralement de plus petit diamètre que les orifices de travail, sur le corps du moteur. Cet orifice est relié à une tuyauterie d’évacuation qui aboutit directement au réservoir. En règle générale, le rendement volumétrique d’un moteur hydraulique est compris entre 80 % et 97 %, selon le type de moteur. CHAPITRE 10 117 de 123 Comme les moteurs hydrauliques sont généralement réversibles, le sens de rotation détermine l’orifice d’entrée et de sortie. Leurs rôles sont échangés si le moteur tourne en sens inverse. Le rendement volumétrique et les fuites d’un moteur à drainage interne peuvent être déterminés en comparant la vitesse de l’arbre « à vide » et la vitesse de l’arbre « à pleine charge », en observant simultanément le débit au moyen d’un débitmètre. Les moteurs à drainage interne comprennent les moteurs à engrenages internes, à engrenages externes, Gerotor et à palettes à rotor équilibré. Les symptômes les plus courants associés à des fuites excessives dans un moteur sont : a. Ralentissement progressif du moteur lorsque la température de l’huile augmente; b. Élévation de modérée à importante de la température de l’huile en fonctionnement; c. Tendance à caler à basse vitesse. La procédure d’essai vise à déterminer les fuites entre les orifices d’un moteur à drainage interne. POUR EFFECTUER CETTE PROCÉDURE D’ESSAI, VOUS AUREZ BESOIN DE L’ÉQUIPEMENT DE DIAGNOSTIC SUIVANT Attention! Les pressions et les débits de l’équipement de diagnostic à utiliser doivent être au moins égaux aux pressions et débits nominaux du système en essai. Consultez les schémas pour les données recommandées de pression et de débit. 1. Manomètre 3. Tachymètre 2. Débitmètre 3. Pyromètre Pour effectuer l’essai de manière sécuritaire et précise, l’équipement de diagnostic doit être utilisé comme illustré à la figure 1. Pour noter les résultats de l’essai, utilisez la fiche d’essai (vierge) illustrée à la figure. Étape 1. Arrêtez le moteur d’entraînement. Étape 2. Effectuez la procédure de verrouillage du système électrique ou étiquetez l’interrupteur à clé. PRÉPARATION PROCÉDURE D’ESSAI CHAPITRE 10 118 de 123 Étape 3. Observez le manomètre. Libérez les poches de pression résiduelle qui peuvent être formées par un accumulateur, une soupape d’équilibrage, un clapet antiretour piloté, une charge suspendue à un actionneur, un amplificateur de pression ou un réservoir pressurisé. Étape 4. Branchez le débitmètre (2) en série dans la tuyauterie de pression qui aboutit à l’orifice d’entrée du moteur. S’il s’agit d’une application de rotation bidirectionnelle, le moteur doit être essayé dans les deux sens. Étape 5 Branchez un manomètre (1) en parallèle avec le raccord d’entrée du débitmètre (2). Étape 6. Démarrez le moteur d’entraînement et assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites aux raccords de l’équipement de diagnostic. NOTA. S’il semble y avoir eu une défaillance catastrophique du moteur, ne le faites tourner que le strict nécessaire pour vérifier son état. Si vous trouvez des particules métalliques dans les tuyauteries, à la sortie du moteur, dans les filtres en ligne ou de retour, ou encore dans le réservoir, NE FAITES PAS tourner le moteur. Remplacez-le et effectuez la procédure de démarrage après une défaillance catastrophique. Étape 7. Laissez le système tourner et l’huile, atteindre une température d’environ 54 ºC (130 ºF). Observez le pyromètre (4). NOTA. Pour des résultats précis, vérifiez et réglez au besoin la soupape de surpression ou le compensateur de la pompe. Respectez la documentation du fabricant. Étape 8. Faites tourner le moteur à sa vitesse maximale de régulation. (Les étapes 10 et 11 doivent se faire à la vitesse maximale du moteur). Étape 9. Notez sur la fiche d’essai la vitesse de l’arbre de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre (3). NOTA. Si la vitesse de la pompe « à vide », lue sur le tachymètre, n’est pas conforme aux spécifications de la machine, faites les réglages nécessaires et poursuivez la procédure d’essai. Le débit de la pompe est proportionnel à la vitesse de l’arbre d’entrée. S’il y a une réduction de débit due à une vitesse basse du moteur d’entraînement, cela affectera directement la vitesse de l’arbre. Il faut vérifier la vitesse de rotation avant d’effectuer les procédures d’essai sur l’actionneur. Étape 10. Supprimez la charge de l’arbre de sortie du moteur. Étape 11. Actionnez le distributeur de commande directionnelle pour diriger la totalité du débit de la pompe vers le moteur, à travers le débitmètre (2). Notez sur la fiche d’essai : a. La pression « à vide », lue sur le manomètre (1); b. Le débit « à vide » vers le moteur, lu sur le débitmètre (2); c. La vitesse de l’arbre du moteur « à vide », lue sur le tachymètre (3); d. La température de l’huile lue sur le pyromètre (4). CHAPITRE 10 119 de 123 Étape 12. Faites fonctionner l’équipement sur un cycle normal « à pleine charge ». Notez sur la fiche d’essai : a. La pression « à pleine charge », lue sur le manomètre (1); b. Le débit « à pleine charge » vers le moteur, lu sur le débitmètre (2); c. La vitesse de l’arbre du moteur « à pleine charge », lue sur le tachymètre (3); d. La vitesse « à pleine charge » de la pompe, lue sur le tachymètre (3); e. La température de l’huile lue sur le pyromètre (4). Étape 13. Arrêtez le moteur d’entraînement et analysez les résultats. Étape 14. À la fin de la procédure d’essai, déposez l’équipement de diagnostic. Rebranchez les tuyauteries et serrez correctement les raccords. Étape 15. Démarrez le moteur et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites aux raccords. 1. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (2) indique une baisse nominale du débit quand la différence de pression entre les orifices du moteur augmente. La diminution du débit ne dépasse pas la perte prévue à partir du rendement volumétrique de la pompe et de la diminution nominale de la vitesse de son moteur d’entraînement. Le tachymètre (3) indique une diminution minime de la vitesse du moteur hydraulique. Le ralentissement ne dépasse pas la perte prévue à partir du rendement volumétrique du moteur. La température de fonctionnement de l’huile, lue sur le pyromètre (4), reste dans les tolérances spécifiées. La vitesse du moteur d’entraînement, lue sur le tachymètre (3), dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Les fuites à l’intérieur du moteur semblent être dans les limites normales. 2. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (2) indique une diminution de modérée à importante du débit lorsque la différence de pression augmente dans le système hydraulique. Le tachymètre (3) indique une diminution de la vitesse du moteur hydraulique proportionnelle à la diminution du débit. Le pyromètre (5) indique une élévation modérée de la température de l’huile en fonctionnement. La vitesse du moteur d’entraînement de la pompe reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. La diminution de la vitesse du moteur est proportionnelle à la diminution du débit fourni. Cela indique que le moteur n’est pas la cause du problème. Pour trouver la cause, il faudra vérifier individuellement chaque composant du système. ANALYSE DES RÉSULTATS DE L’ESSAI CHAPITRE 10 120 de 123 3. Constatations : cycle à pleine charge. Le débitmètre (2) indique une diminution du débit proportionnelle au rendement volumétrique du système. Le tachymètre (3) indique une baisse progressive de la vitesse du moteur quand la charge imposée à son arbre de sortie augmente. La vitesse du moteur approche ou dépasse 30 % de la vitesse du moteur à vide. NOTA. Les fabricants de composants publient rarement des données sur la durée de vie utile de leurs produits. La décision de remplacer un composant est généralement laissée à la discrétion de l’utilisateur. Une étude très complète sur l’évolution des fuites en fonction de la durée de vie des pompes a permis de conclure qu’une pompe ayant à pleine charge (à la pression maximale du système) une perte de l’ordre de 30 % du débit théorique (à vide) devrait être remplacée. Certains moteurs semblent fonctionner normalement avec des fuites dépassant cette valeur. Cependant, les effets collatéraux de fuites excessives ont des effets négatifs pour l’ensemble du système hydraulique. La température de fonctionnement de l’huile augmente sensiblement et il y a des risques de perte de production. Un programme de maintenance proactive bien géré aidera à établir le niveau maximum des fuites des composants hydrauliques. Le pyromètre (4) indique une élévation progressive de la température de l’huile qui ne semble pas se stabiliser. La vitesse du moteur d’entraînement de la pompe reste dans les tolérances spécifiées. Diagnostic. Si le débitmètre indique que le débit fourni au moteur reste dans les limites du rendement volumétrique du système et si le tachymètre indique une baisse de vitesse causant une perte inacceptable de vitesse du moteur hydraulique, c’est que les fuites sont excessives. Réparez ou remplacez le moteur. Des fuites de cette importance peuvent également s’accompagner d’une élévation marquée de la température de l’huile en fonctionnement. Si nécessaire, consultez la documentation du fabricant pour les valeurs de fuites à ne pas dépasser. CHAPITRE 10 121 de 123 Figure 1 – Schéma du circuit CHAPITRE 10 122 de 123 Figure 2 – Procédure d’essai en circuit d’un moteur à drainage interne CHAPITRE 10 123 de 123
