COURS 50 / La lecture de schéma (2ème partie)
La lecture de schéma a pour but de connaître les pressions et débits en différents points du circuit. Elle permet d’identifier sur quel composant il faut agir pour modifier un paramètre de fonctionnement. Elle permet également d’effectuer une recherche de panne rapide et sûre.
Pour commencer une lecture de plan il convient d’identifier
– Les valeurs de réglage des valves (exemples : tarage du limiteur de pression, valeur du débit d’alimentation…)
– Les tailles des composants (exemples : cylindrée de la pompe, taille du vérin…).
Un exemple pour le fonctionnement d’un circuit type presse d’atelier :
Effectuer une première lecture en partant de la pompe afin d’identifier les composants ayant un rôle pour la fonction commandée. Ici, on voit une pompe à cylindrée variable à régulation à pression constante alimentant un vérin de presse via un distributeur 4/3 proportionnel. La vitesse de montée ou de descente du vérin est contrôlée par l’opérateur.
Le maintien en position du vérin est assuré par une valve de retenue de charge pilotée interne utilisée pour des applications dont la charge est connue et constante.
Une valve cartouche différentielle (surface AB=50% AA) permet de mettre en communication le côté fond du vérin au réservoir sans repasser par le distributeur, ceci pour limiter les pertes de charge.
Avec Q1 max=60L/min la pompe fournit un débit qui peut se diriger vers Q2 ou Q3. S’agissant d’une pompe à régulation à pression constante, le débit Q2 sera nul. En effet, le limiteur de pression n’a pour rôle ici que d’écrêter les pics de pression dus au temps de réponse de la régulation de pompe. En fonctionnement normal, nous aurons donc Q1=Q3.
1-ETAT DE REPOS :
Lorsque le distributeur est au repos, la pompe refoule vers le P du distributeur. Nous aurons donc Q3=Q1=0L/min et Q2=0L/min.
La pression PPPE est de 200b, valeur de tarage de la régulation de pompe.
Les lignes A et B du distributeur sont décomprimées au réservoir, la pression Pa est égale à :
2- SORTIE DE VÉRIN, DISTRIBUTEUR EN POSITION PARALLÈLE :
L’opérateur manœuvre le distributeur pour provoquer une sortie de tige, on relève 40L/min en Q4.
La régulation de pompe va donc ajuster son débit pour ne fournir que la quantité demandée à la pression de régulation de 200b (ligne rouge). Ainsi Q1=Q3=Q4=40L/min
En sortie de distributeur, la même pression vient s’appliquer sur la surface Ax et la surface B de la cartouche. La surface Ax étant plus grande, la cartouche reste fermée étanche.
Le côté fond du vérin monte en pression, ce qui provoque à son tour la montée en pression de la chambre annulaire du vérin. A la valeur de tarage de son ressort (60b), la valve de retenue de charge va s’ouvrir et évacuer l’huile au réservoir à travers le distributeur.
La pression Pa est donc égale à 60b pendant la descente.
On peut calculer la pression PF qui en résulte en prenant en compte le rapport de section du vérin à l’aide de la formule :
Le débit Q4 côté fond, lié au rapport de surface, nous donne en Q5 un débit équivalent à :
Une fois le vérin en butée, la pression côté fond va augmenter jusqu’à la valeur maxi de refoulement de pompe soit PF=PPPE=200bar, provoquant la diminution de la cylindrée de la pompe jusqu’à 0 L /min.
TABLEAU RÉCAPITULATIF DES PRESSIONS ET DÉBIT EN MOUVEMENT :
3-RENTRÉE DE VÉRIN, DISTRIBUTEUR EN POSITION CROISÉE :
L’opérateur manœuvre le distributeur pour faire une rentrée de tige à pleine vitesse de telle sorte que l’on relève 60L/min en Q5. Nous avons donc Q1=Q3=Q5=60L/min
L’huile arrive dans la chambre annulaire du vérin à travers le clapet anti-retour de la valve de retenue de charge. La remontée de tige va provoquer un refoulement d’huile côté fond, ainsi on lira en Q4 :
Q4= Q5 x Sf / Sa = 60 x 3 = 180 L/min
Le débit d’huile Q4 évacué côté fond du vérin arrive devant le clapet anti-retour -non passant- et sur l’orifice B de la valve cartouche. La surface Ax étant décomprimée au réservoir, le clapet va s’ouvrir pour une pression Pf égale à :
Pf = Fr x Aa / Ab = 4 x 2= 8b
On en déduit la pression annulaire Pa, égale à la pression côté fond multipliée par le rapport de section du vérin plus la valeur de la charge :
Pa = Pf x Sf / Sa + F / Sa = 8 x 3 + 7000 / 235 = 54 bar
La pompe étant en pleine cylindrée, la pression de refoulement sera donc égale à la pression de charge :
Pppe = Pa = 54 bar
TABLEAU RÉCAPITULATIF DES PRESSIONS ET DÉBIT EN MOUVEMENT :
A noter : Sur une valve cartouche différentielle, la surface de référence est la surface AA, la surface AB est définie par un ratio (pourcentage) et la surface Ax est égale à la somme des surfaces AA + AB.
Exemple pour une valve différentielle avec un ratio de 50% :
AA = 100% ; AB = 50% ; Ax = 150% ;
La valeur du ressort Fr est toujours donnée par rapport à la surface AA.
CONCLUSION
Le montage de la cartouche est justifié ici par le fort débit d’huile évacué au réservoir lors de la rentrée de tige dû au grand rapport de surfaces du vérin. Ainsi, il n’est pas nécessaire de sur-dimensionner le distributeur qui peut conserver une taille standard (type NG10 – CETOP 5).
D’une manière générale, la technologie des valves cartouches est à envisager pour les débits dépassant les 100L/min.
La cylindrée variable de la pompe permet quant à elle de réaliser des économies d’énergie ainsi que de limiter l’échauffement du circuit. En effet, contrairement à une pompe à cylindrée fixe, il n’y a plus de débit excédentaire que l’on vient laminer à travers le limiteur de pression.
