sas frotière OÎTE À OUTILS Guide de dimesioemet La maîtrise des vitesses hydrauliques JEN ROUSSEU 1 La oîte à outils du précédet uméro de Techologie traitait du choix d u distributeur pour l actioeur hydraulique. Nous cotiuos ici avec u guide pratique de détermiatio (choix et dimesioemet) des composats auxiliaires pour la maîtrise des vitesses de cet actioeur. MOTS-CLÉS La foctio de la maîtrise des vitesses est d assurer u temps d actio du récepteur d ue chaîe électrohydraulique et la régularité du déplacemet. La vitesse de l actioeur déped directemet du débit l atteigat. Pour satisfaire cette coditio, il faudrait trouver ue pompe doat exactemet le débit souhaité das les coditios de foctioemet ; ceci costituerait u hasard miraculeux avec les pompes stadard. La solutio cosiste alors à choisir ue pompe ayat u débit légèremet supérieur au besoi et à détourer le surplus de flux vers le réservoir avat qu il atteige le récepteur. À partir de ce pricipe de base, il existe ue offre de quatre solutios de performaces progressives qui répodet à des spécificatios graduées du poit de vue de leurs exigeces (tableau 1). La maîtrise des vitesses par étragleur Le pricipe Le pricipe de la maîtrise des vitesses a déjà été développé das le uméro 100 de Techologie. Sur la figure 1 est rappelé le pricipe du réglage de vitesse par étragleur ou limiteur de débit. Le véri 4 doit élever la charge F à la vitesse V. Cet actioeur demade doc la pressio p écessaire telle que p = F / S eff HM et le débit 1 tel que 1 = VS eff. Tableau 1. uatre solutios aux performaces croissates Figure 1. Le réglage par étragleur Le limiteur de pressio de sécurité 3 est réglé à la pressio de début d ouverture p 1 supérieure à la pressio p demadée. La pompe délivre le débit supérieur au débit 1 écessaire. Il faut doc dériver par le limiteur 3 u débit 2 tel que 2 = 1. Pour obteir ce résultat il suffit d appliquer e etrée de limiteur ue pressio p 2 telle que p 2 = p + p, afi d obteir so ouverture partielle. Cet accroissemet de pressio p est obteu par l étragleur 7 traversé par le débit 1 devat atteidre le véri pour répodre à la cosige de vitesse. La schématisatio de ces élémets est rappelée e figure 2. Spécificatios Réglage prédéfii perturbable par des variatios de charges extérieures Réglage prédéfii costat quelles que soiet les charges extérieures Solutios techologiques Étragleur Étragleur simple Figure 2. La schématisatio des étragleurs p Étragleur avec clapet de o-retour Réglage prédéfii avec sélectio d ue vitesse parmi deux (cas fréquet e automatisatio) Pilotage de variatio de vitesse idépedammet de la charge loc régulateur avec by-pass à commade proportioelle 1. Professeur de costructio mécaique e STS MI au lycée Gustave-Eiffel de Cacha. Nous costatos ce qui suit : La maîtrise des vitesses se fait par associatio de deux appareils : le limiteur de pressio et l étragleur. Si l effort F varie, la pressio p demadée varie. Le système predra ue autre positio d équilibre, avec des valeurs différetes de p, 1 et doc de la vitesse V. NOVEMRE-DÉCEMRE 2003 TECHNOLOGIE 128 15
NNEXE 1 clapet de o-retour, taille NG 6, plaque modulaire DOCUMENT CONSTRUCTEUR (OSCH) Costitutio itere Diagrammes de foctioemet p La maîtrise des vitesses est possible que s il y a appel de pressio. Pour cela, l étragleur doit être placé correctemet, c est-à-dire : idifféremmet sur l admissio ou l échappemet si la charge est réceptrice ; obligatoiremet si la charge peut être motrice. La puissace hydraulique perdue P H = (p + p) 2 peut être importate, o fera e sorte que le débit de la pompe soit juste supérieur au besoi. Le dimesioemet Le choix de la taille ou du calibre de l appareil sera foctio du débit qui le traversera et des pressios qui lui sot appliquées e etrée (p + p). Il faudra vérifier que les débits de retour (par le clapet de o-retour) e géèret pas de pertes de charges importates (voir le documet costructeur e aexe 1). ttetio, les véris à l échappemet côté fod produiset des débits pouvat atteidre deux fois celui de la pompe. Toutefois, si l o utilise des élémets empilables, le choix de l appareil sera imposé par le calibre du distributeur sélectioé. Coclusios La maîtrise des vitesses par étragleur est u procédé simple et écoomique. Le réglage obteu est o costat si la charge est variable. L emploi de réducteur de débit est doc limité aux cas où les cotraites sur la régularité des déplacemets sot relativemet faibles. Les différets cas d utilisatio de ce procédé sot rappelés das la fiche-outil «La maîtrise des vitesses» (page 18). La maîtrise des vitesses par régulateur de débit Le pricipe vec u limiteur de débit, toute variatio de l effort résistat appliqué à l effecteur iduira ue variatio de la vitesse de l actioeur. Pour que la vitesse soit stable, il faut que le débit soit costat! Il suffit que la perte de charge das l étragleur reste costate quelle que soit la charge appliquée à l actioeur. C est le rôle du régulateur de débit, costitué de deux élémets successifs : u équilibreur de pressio, qui fait que, quelle que soit la pressio amot, le p das l étragleur reste costat ; u étragleur réglable. La perte de charge das la restrictio état maiteue costate, à réglage doé le débit le traversat reste costat. Le schéma simplifié d u régulateur est doé e figure 3 ; le schéma de pricipe complet et les élémets Figure 3. Le schéma simplifié d u régulateur avec clapet de o-retour 16 TECHNOLOGIE 128 NOVEMRE-DÉCEMRE 2003
NNEXE 2 ou valve de réglage de débit NG 6 DOCUMENT CONSTRUCTEUR (OSCH) max (I/mi) 1,6 3,2 Courbes caractéristiques = 35 mm 2 /s 6,3 18 p iteres, das la fiche costructeur e aexe 2. Ces appareils peuvet être muis ou o d u clapet de o-retour suivat les besois. Nous costatos ce qui suit : La maîtrise des vitesses se fait ici ecore par associatio de deux appareils : Le limiteur de pressio et le régulateur de débit. Si l effort F varie, la pressio p demadée varie, le système compese automatiquemet ces variatios et la vitesse V reste costate. Cepedat, la perte de charges reste au mois égale à celle apportée par la balace de pressio (eviro 10 bars) même s il y a pas réductio du débit. La maîtrise des vitesses par bloc régulateur avec by-pass Das les élémets modulaires de distributio, il existe u composat qui permet sur ue voie d effectuer ue restrictio (étragleur ou régulateur) ou de laisser plei passage. Cet appareil autorise doc deux vitesses de l actioeur das le même ses. Le cas courat d utilisatio est le cas des approches rapides suivies d ue avace travail. La figure 4 présete e exemple le bloc modulaire de réglage de vitesse du costructeur tos. Le dimesioemet Le choix de la taille ou du calibre de l appareil se fera toujours e foctio du débit qui le traversera et des pressios qui lui sot appliquées (voir le documet costructeur e aexe 2). Coclusios La maîtrise des vitesses par régulateur de débit est u procédé plus oéreux que celui par étragleur. Le réglage est stable même si la charge est variable. Cet appareil sera istallé systématiquemet. L emploi de régulateurs de débit est obligatoire pour les cas où les cotraites sur la régularité des déplacemets sot fortes. Les différets cas d utilisatio de ce procédé sot rappelés das la fiche-outil «La maîtrise des vitesses». Figure 4. U bloc modulaire régulateur de vitesse avec by-pass b 1 2 P T a NOVEMRE-DÉCEMRE 2003 TECHNOLOGIE 128 17
5 4 3 2 1 0 Débit (I/mi) Type VZ-6/2,5 Symbole VZ-6/5 Débit max régulé (I/mi) La maîtrise des vitesses par régulateur à commade proportioelle Cet appareil est simplemet le développemet des systèmes précédets. Les commades mauelles sot remplacées par des commades par soléoïdes à pilotage proportioel. La figure 5 présete e exemple le régulateur proportioel de cotrôle de débit du costructeur tos. 2,5 VZ-6/5 5 VZ-6/12 12 200 400 600 800 1 000 I (m) Cosige aalogique e courat Figure 5. U régulateur proportioel de cotrôle de débit La méthodologie de choix et de dimesioemet Pour faciliter le choix de la solutio appropriée, ous utiliseros la fiche-outil «La maîtrise des vitesses» qui permet, e foctio du type et de la situatio de l actioeur, du besoi foctioel et de l eviroemet, de cibler le composat et so implatatio. Esuite, il faudra dimesioer le composat pour qu il soit capable : de passer les débits imposés sas apporter de pertes de charges importates au retour ; de supporter des pressios qui peuvet être élevées das le cas des véris verticaux chargés (deux fois la pressio motrice). U exemple Nous allos ous itéresser au poste de roulage d ue machie à réaliser les colliers chauffats (figure 6). Cet exemple a servi de support au calcul des véris hydrauliques paru das le uméro 113 de Techologie. Cahier des charges : Effort : 670 dan max ; idetique das les deux ses ; toujours dirigé vers l actioeur ; déped de la série traitée. Vitesse : 0,35 m/s max das les deux ses ; à réglage doé, doit être idetique das les deux ses ; déped de la série traitée. Il avait été défii alors u véri différetiel pour sa capacité à appliquer des efforts et des vitesses idetiques das les deux ses. Fiche-outil «La maîtrise des vitesses» (d après ourgoge-hydro) C1 Charges costates sur l actioeur Charges pouvat être variables sur l actioeur 1 vitesse par ses 1 vitesse par ses 2 vitesses par ses vitesse variable 1 + 2 2 1 Moteur 1 ses Limiteur de débit de débit loc 2 vitesses proportioel L1 Véri simple effet et charge réceptrice clapet das le ses de débit avec clapet das le ses loc 2 vitesses das le ses proportioel avec clapet das le ses L2 Véri ou vireur double effet et charge quelcoque clapet de débit avec clapet locs 2 vitesses proportioel 1 ses Distributeur proportioel 2 ses + proportioel 1 ses + Moteur 2 ses clapet de débit avec clapet loc 2 vitesses Distributeur proportioel 2 ses 18 TECHNOLOGIE 128 NOVEMRE-DÉCEMRE 2003
Le choix du système de réglage de vitesse Les charges état costates sur l actioeur, ous pourros utiliser des réducteurs de débits (coloe C1 de la fiche-outil). Logiquemet, le véri état double effet, il faudrait implater deux appareils sur les échappemets du véri (lige L1 de la fiche-outil). Cette solutio classique foctioe, mais il faut régler idépedammet les réducteurs, et l équilibrage des vitesses sera délicat. Nous sommes das le cas particulier d u véri différetiel, utilisé pour sa capacité à foctioer de maière idetique das les deux ses à partir d ue pompe. La charge état toujours réceptrice, il est possible das ce cas de régler le débit sur l admissio. Le foctioemet est aalogue, pour chaque ses, à celui d u véri simple effet vertical chargé (lige L2 de la fiche-outil). Il faut implater u réducteur de débit ( sur la figure 7) etre la pompe et le distributeur de faço qu avec u seul réglage l ajustemet de la vitesse se fasse das les deux ses. Le schéma du circuit hydraulique est doé e figure 7. Nous pouvos remarquer l utilisatio d u distributeur spécifique associé au véri différetiel et d u groupe à deux pompes : les deux véris du système foctioat simultaémet, il faut deux sources d éergie idépedates. α β Figure 7. Le schéma hydraulique partiel du poste de roulage Figure 6. Le schéma ciématique du système de roulage Coclusio La fiche-outil regroupe les cas classiques de foctioemet e automatisatio. La maîtrise des vitesse est bie souvet qu u ajustemet des coditios défiies par le débit de la pompe. L itroductio des doées actioeur, besoi foctioel et charges extérieures das la fiche-outil permet de défiir ue solutio foctioat à coup sûr. Cepedat, la techologie est pas ue sciece exacte et fait souvet appel à des compromis, u peu de réflexio et de bo ses permettat parfois de trouver des solutios plus simples et plus écoomiques. ILIOGRPHIE rticles de Jea Rousseau et de Philippe Taillard das Techologie : «La place de l hydraulique das l automatisme», o 98, ovembredécembre 1998 «L hydraulique petit à petit», o 99, javier-février 1999 «Maîtrise des vitesses, efforts et blocage e hydraulique», o 100, mars 1999 «Costructio d u circuit hydraulique, u jeu d efat!», o 102, mai-jui 1999 rticles de Jea Rousseau das Techologie : «Guide de dimesioemet Les véris hydrauliques», o 113, avril 2001 «Guide de dimesioemet Les vireurs hydrauliques», o 114, mai-jui 2001 «Guide de dimesioemet Les moteurs hydrauliques», o 115, septembre-octobre 2001 «Guide de dimesioemet Les préactioeurs hydrauliques», o 127, septembre-octobre 2003 20 TECHNOLOGIE 128 NOVEMRE-DÉCEMRE 2003