Appareil de pression

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Limiteur de pression. Les limiteurs de pression sont des appareils du type normalement fermé. Leur mission première est de limiter de façon sure la pression dans une installation afin de protéger les appareils et tuyauteries contre un éclatement ou une surcharge. C’est pour cette raison qu’on les nomme aussi : limiteur de pression maximale ou soupape de sécurité. Ils sont commandés par la pression du circuit et dirigent le débit à contrôler vers le réservoir lorsque la pression de réglage est atteinte. Limiteur de pression à action directe La figure1 : représente un limiteur de pression à action directe avec amortisseur. Ces limiteurs se composent essentiellement d’un corps -1-, du ressort de réglage -2-, du clapet conique avec amortisseur -3-, de l’élément de réglage -4-. Fonctionnement : L’orifice -P- reçoit la pression du circuit à contrôler, L’orifice -T- correspond à la décharge d’huile directement reliée au réservoir. Le clapet -3- demeure plaqué sur son siège par l’action du ressort -2-. Lorsque la pression provoque sous le clapet -3- une force supérieure à celle exercée par le ressort de réglage, celui-ci se soulève de son siège. L’huile s’écoule alors de la canalisation -P- vers -T- et évite toute élévation de la pression dans le circuit. Lorsque la pression chute la force de pression devient inférieure à celle du ressort, et le clapet -3- se referme. Le coussin d’huile, en dessous du clapet joue le rôle d’un amortisseur et limite sensiblement les vibrations du clapet. Limites de fonctionnement : La limite minimale est dictée par la géométrie et la raideur du ressort qui n’est plus sensible dans les faibles pressions. La limite maximale est dictée par la force hydraulique qui agit sous le clapet elle a pour valeur la pression multipliée par la section du clapet. Au-delà d’une certaine valeur de Fhyd. Le ressort devient trop raide et la soupape n’a plus de sensibilité. L’inconvénient de la soupape à action directe est que le tarage de la soupape évolue en fonction du débit qui la traverse.

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En d’autres thermes lorsque le réglage est réalisé à faible débit quand le débit à contrôler croit la pression augmente aussi. Ce phénomène est la conséquence de la levée du clapet -3- pour augmenter la section de passage lorsque le débit à évacué croît. Plus la raideur du ressort est grande plus la pression s’élève.

Figure1

Figure2

1

3

2

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Limiteur de pression à action piloté Des débits plus importants nécessitent des sections de passage en conséquence, de ce fait, des ressorts plus puissants. Très vite on arrive à des tailles de ressorts difficiles à régler et surtout à loger dans le corps des valves. Ce principe assure, des courbes de régulation plus favorables. Description : La figure3 : représente un limiteur de pression à action piloté du type à clapet. Il est constitué des éléments 1 ; 3 ; 6 ; 7 qui forment l’étage pilote. Et des éléments 2 ; 4 ; 5 qui forment l’étage principal du régulateur de pression. Fonctionnement : L’orifice -P- est raccordé au circuit à contrôler. L’orifice -T- correspond à la décharge et se trouve raccordé directement au réservoir. Position normalement fermée : La pression -P- agi sur la face inférieure du clapet principal -5- et simultanément par l’intermédiaire du canal -x- et des gicleurs -6- et -8- sur la face supérieure où est logé le ressort -2-. Les deux sections -SA- et -SX- sont identiques le clapet est équilibré hydrauliquement. Il reste plaqué sur son siège usiné dans la chemise -4- par l’action du ressort -2-. La pression qui alimente la face supérieure du clapet principal -5- est contrôlée par l’étage de pilotage. Lorsque la pression du système atteint la valeur tarée par l’action du ressort -1- de l’étage pilote le clapet -3- se décolle de son siège. Aussitôt un débit d’huile traverse le gicleur -6-. La pression -P- continue à croître légèrement sous le clapet principal en fonction de la force du ressort -2-. Dés que la force résultant de la différence de pression rapportée sur les sections -SA- et -SX- dépasse la force du ressort, le clapet principal -5- se soulève ouvrant le passage entre les orifices -P- et -T-. La pression dans le système à l’orifice -P- est ainsi limitée. La différence de pression aux bornes du gicleur -6- est liée à la force du ressort -2-. Elle engendre le débit de pilotage.

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Le débit de pilotage est évacué au réservoir par le canal -y-. Selon les exigences de l’installation il retourne en interne par l’orifice -T-. Ou en externe par un orifice supplémentaire prévu spécialement. Il faut savoir que dans le cas d’un branchement retour interne toute contre pression résiduelle sur le circuit de retour principal -T- augmentera d’autant le réglage de l’appareil.

Limiteur de pression à commutation électrique :

Figure3

P

T

Figure4

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La logique des schémas impose fréquemment de commander la décompression de la valve de limitation de pression par un signal électrique. C'est-à-dire mettre le circuit au tank. Il est possible de décharger la chambre du ressort -2- du clapet principal -5- à l’aide d’un distributeur monté sur un couvercle approprié de l’étage pilote. La figure4 : représente un limiteur de pression à action piloté avec son électrodistributeur de by-pass. La chambre du ressort -2- est déchargée au réservoir au travers du gicleur -9- et du distributeur. Les conditions d’équilibre du clapet principal -5- qui déterminent la pression de by-pass sont liées à la pression qui règne dans le canal -y- plus la pression crée par la force du ressort -2- La figure5 : représente l’appareil en fonctionnement en position fermée.

Figure5

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La figure6 : représente l’appareil en phase de régulation en position ouvert.

Origine Vickers

Figure6

Figure6

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Limiteur de pression à deux niveaux de pression : Le choix de la pression régler dans le circuit s’effectue au moyen de l’électrodistributeur flasqué sur l’étage pilote. Position repos Fig.7a : La chambre du ressort -2- est en communication avec le réservoir. Provoquant l’ouverture de l’orifice -A- vers -B-. Le fluide retourne vers le réservoir à pression quasiment nulle.

Figure7a

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Pression maximum fig7b : L’alimentation du solénoïde -b- du distributeur de pilotage provoque la fermeture du canal de décompression de la chambre du ressort -2- et autorise la montée en pression de part et d’autre du clapet principal -5- jusqu’à l’ouverture du limiteur de pression de pilotage -P-max- limitant ainsi la pression du circuit.

Figure7b

P-maxi

P-mini

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Pression minimum fige.7c : L’alimentation du solénoïde -a- du distributeur de pilotage dirige l’huile de pilotage venant de la chambre du ressort -2- vers l’étage de pilotage -P-mini-. Les deux limiteurs de pression de pilotage sont maintenant alimentés. La pression de tarage du clapet principal -5- est déterminée par le pilote qui s’ouvrira le premier donc -P-mini-.

Les seuils de réglage de l’étage principal d’un limiteur de pression à action pilotée ne se limitent pas à deux comme dans l’exemple du dessus. En imaginant la multiplication des distributeurs et des têtes de pilotage on multiplie les valeurs de réglage. Ce qui complique considérablement le schéma d’où l’utilisation d’un composant à commande proportionnelle.

Figure7c

P-maxi

P-mini

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Limiteur de pression à action directe à commande proportionnelle :

Origine Atos http://www.atos.com/Francais/01_homepage_fr/index_fr.html La figure8a : représente un limiteur de pression à action directe à commande proportionnelle. Fonctionnement : Le principe consiste à remplacer le système de compression mécanique (vis, écrou) du ressort de réglage par une force électromagnétique créée par un solénoïde proportionnel ; alimenté par un courant électrique délivré par la carte électronique.

Consigne V cartemA

Fm P

Compression Du ressort Fr1

Figure8a

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Limiteur de pression piloté à commande proportionnelle :

Origine rexroth http://www.boschrexroth. L’étage principal -6- d’un limiteur de pression à commande proportionnelle est identique à celui d’un composant traditionnel. Seul l’étage de pilotage -1- est remplacé par un limiteur de pression à commande proportionnelle. Fonctionnement : Le ressort de réglage est remplacé par un solénoïde à effet proportionnel à régulation de force -3-. À une intensité donnée, déterminée à partir de la commande électrique, correspond une force proportionnelle qui s’exerce sur le clapet conique -2- de l’étage de pilotage -1-. Un courant d’alimentation plus élevé du solénoïde signifie une force plus élevée sur le clapet conique, et par conséquent une pression de réglage plus grande. Et inversement. La pression du système qui agit à l’orifice -A- est liée à l’intensité qui alimente le solénoïde proportionnel -3-.

Figure8b

Consigne V cartemA

Fm P Déplacement Du pointeau

2 1 3

4

5

6

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Le retour d’huile de pilotage est drainé externe par l’orifice -y- pour éviter toutes fluctuations du réglage de la pression. Il est possible d’installer, en option un limiteur de pression maximum de sécurité -5- avec commande par ressort pour protéger l’installation. Contre toutes fausses manœuvres de réglage de la carte électronique. Réducteur de pression Les soupapes de réduction de pression sont des appareils du type normalement ouvert. Elles permettent de délivrer une pression réduite sur un circuit secondaire à partir d’un circuit primaire haute pression.

Réducteur de pression 3voies origine rexroth Figure9a : le débit d’huile passe librement de la -HP- vers la -BP- tant que la pression de sortie -BP- n’est pas atteinte. La pression de sortie -BP- est déterminée par la force du ressort -FR-. La pression de sortie -BP- agit sur la section du tiroir de régulation -ST- par l’intermédiaire du canal de pilotage -x-. Lorsque la force hydraulique devient supérieure à la force mécanique du ressort -FR- le tiroir de régulation -TR- se déplace vers la gauche et, provoque la diminution de la section -SR- cette action à tendance à réduire le débit de -HP- vers -BP-. Le tiroir prend une position d’équilibre pour assurer une pression de sortie constante.

Figure9a

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Figure9b : le tiroir de régulation -ST- (arrête vives recouvrement nul) en position de régulation. Il obture le passage du fluide de la -HP- vers la -BP- Il maintient ainsi la pression de réglage dans la chambre du vérin.

Figure9c : si une force extérieure de sens opposé et supérieure à celle du vérin agit sue la charge. Le tiroir de régulation -ST- se déplace vers la gauche et, libère le passage de -BP- vers la 3ème voies-y-. Limitant la pression dans la chambre du vérin ce qui n’est pas le cas pour une réduction de pression à deux voies où l’orifice -y- est obturé.

Figure9b

Figure9c

F extérieure

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Variante avec clapet de by-pass fig.9d Réducteur de pression à action pilotée à deux voies avec prélèvement du pilotage sur la basse pression

La figure10 : montre le principe d’une telle soupape. On reconnaît les éléments principaux la tête de pilotage -1- et l’étage principal -2-.

Figure9d

Figure10

SR

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La différence de construction réside essentiellement dans la conception du système du clapet principal qui est un tiroir coulissant -10- dans sa chemise -8- et maintenu en position basse par le ressort -9- permettant le passage de l’orifice -HP- vers celui de la -BP-. La pression de pilotage de la soupape est prélevée sur le secondaire -BP- qui correspond à la face inférieure du clapet principal -10- ; le canal -x- alimente l’étage de pilotage et la face supérieure du clapet principal qui se trouve ainsi équilibré hydrauliquement. Tant que la pression à l’orifice de sortie -BP- reste inférieure au tarage du clapet pilote -3- le tiroir -10- reste en position d’ouverture totale par l’action de son ressort -9-. Lorsque la pression -BP- atteint la valeur de pression réglée par la force du ressort -4- le clapet -3- se décolle de son siège ; limitant la pression sur la face supérieure du tiroir -10-. La pression en -BP- croit encore -3b- pour vaincre la force du ressort -9-. À partir de cet instant le tiroir -10- n’est plus équilibré et se déplace vers le haut réduisant la section de passage -SR-. Cette restriction entraîne une perte de charge permanente aux bornes de la section de régulation -SR- pour maintenir le tiroir coulissant -10- équilibré. Assurant ainsi le réglage de la -BP-. Lorsque la consommation d’huile sur l’orifice -BP- est nulle, le tiroir -10- a tendance à se fermer complètement. Toutefois cette condition n’est jamais atteinte car il subsiste toujours un débit de pilotage qui assure le maintien ouvert du clapet de pilotage -3-. Le débit de pilotage est lié à la section de l’orifice percé dans le gicleur -6- et à la pression créée par la force du ressort -9- qui engendre la ∆P aux bornes du gicleur. Remarque : Avec se type de réducteur de pression à deux voies lorsque le récepteur raccordé à l’orifice -BP- doit restituer de l’huile sur cet orifice, cela n’est possible qu’après avoir traversé le canal -x- le gicleur -6- et le clapet -3-. Dans ces conditions les surpressions risquent d’être sévères. Si tel est le cas l’adjonction d’un limiteur de pression est conseillée.

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Réducteur de pression à action piloté deux voies avec prélèvement du pilotage sur la haute pression Ce type d’appareil est généralement utilisé lorsque les débits de passage dépassent les 100l/min environ. Il se distingue par son type de prélèvement d’huile de pilotage qui est réalisé sur l’orifice -HP- et contrôlé par un mini régulateur de débit qui assure une consommation d’huile constante de l’étage pilote. Quelles que soient les conditions de fonctionnement. Ce dispositif garantit : Une bonne stabilité de la pression réglée car la levée du clapet pilote -1- reste constante. Un temps de réponse constant.

Le fonctionnement de cet appareil est sensiblement identique à celui du réducteur de pression piloté à 2voies comme décrit précédemment. On retrouve les éléments suivants.

Figure11a

6

HP

BP

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L’étage pilote avec : Le clapet -1- et son ressort de tarage -3- définissant le réglage de la pression réduite -BP-. Un mini régulateur de débit qui prélève sur l’orifice -HP- de la soupape un débit d’huile constant pour alimentation de l’étage pilote. Ce régulateur comprend une balance de pression -6- percée d’un orifice calibré et d’un ressort -3- qui permet d’entretenir une chute de pression constante aux bornes du perçage (gicleur). Par intuition : Si la -HP- augmente, la force hydraulique qui agit sur la face avant de la balance de pression -BP- à tendance à augmente également et déplace la balance de pression vers la gauche. Cette action provoque la réduction de la section de régulation -SR- de telle sorte que la pression monte à son tour sur la face arrière de la balance de pression dans la chambre du ressort -3- et rétablit l’équilibre des forces sur la balance de pression. ( FrPsSbpPeSbp +×=× ) Afin d’entretenir la ΔP constante aux bornes du gicleur. Et inversement si la -HP- diminue, la force hydraulique qui agit sur la face avant de la balance de pression -BP- à tendance à diminuer également la balance de pression se déplace alors vers la droite. Cette action provoque l’augmentation de la section -SR- de telle sorte que la pression diminue à son tour sur la face arrière de la balance de pression dans la chambre du ressort -R- rétablissant l’équilibre des forces sur la balance de pression. ( FrPsSbpPeSbp +×=× ) Afin d’entretenir la ΔP constante aux bornes du gicleur. On vérifie de cette manière que lorsqu’une ΔP aux bornes d’un gicleur reste constante le débit qui le traverse le reste aussi. Equation d’équilibre de la balance de pression :

FrPsSbpPeSbp +×=× Sbp =surface du tiroir de la -BP- FrPsPeSbp =−× )( Pe =pression d’entrée gicleur

SbpFrPsPe ÷=− Ps =pression de sortie gicleur PPsPe ∆=− et Pr=÷ SbpFr Pr =pression crée par le ressort de la -BP-

ΔP = PR L’étage principal avec : Le tiroir principal coulissant -2- ; la chemise -4- ; et le ressort -5-.

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Fonctionnement : La pression -HP- arrive sur l’orifice -B- de la soupape. Le tiroir principal -2-, est positionné fermé par la pression -BP- et le ressort -5- qui repousse le tiroir vers le haut. Il obture le passage de la -HP- vers la -BP- ce qui empêche un à-coup au démarrage. Simultanément la face supérieure du tiroir principal -2- est alimentée au travers du mini régulateur de débit -6- et le canal -x-. Lorsque la pression qui agit sur la face supérieure du tiroir principal -2- est supérieure à celle crée par la pression en -BP- plus celle du ressort -5-. Le tiroir principal -2- se déplace vers le bas et ouvre le passage de la -HP- vers la -BP- (figure11c). Lorsque la pression en -BP- atteint la valeur de réglage de l’étage de pilotage donnée par l’action du ressort -3- sur le clapet -1-. Le clapet -1- se décolle de son siège limitant la pression sur la face supérieure du tiroir principal -2-. A cet instant les forces qui agissent de part et d’autre du tiroir principal -2- ne sont plus équilibrées. Le tiroir principal est repoussé vers le haut par l’action du ressort -5-, se qui provoque la restriction de la section de passage de la -HP- vers la -BP-. Jusqu’à se qu’un nouvel équilibre des forces soit atteint (figure11a). Condition d’équilibre du tiroir principal :

FrSAPbpSXPx +×=× SX=SA FrSAPbpSXPx =×−× Px=pression de réglage

Pr=− PbpPx Pr=pression créée par le ressort Pr−= PxPbp

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Position à l’arrêt

Figure11b

Figure11c

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Position d’ouverture tant que la pression de réglage n’est pas atteinte Réducteur de pression à commande proportionnelle :

Origine rexroth On reconnaît les éléments principaux : L’étage pilote -1- : De même que pour le limiteur de pression à commande proportionnelle représenté par la figure8b le solénoïde -2- exerce directement la force sur le clapet conique -11-.

Figure12

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La pression réduite en -A- est réalisée par l’intermédiaire du solénoïde à effet proportionnel -2- en fonction du courant qui le traverse. L’étage principal -3- avec : Le tiroir coulissant -4- dans lequel est logé un mini régulateur de débit -9- qui prélève l’huile de pilotage sur l’orifice -B- alimenté par la -HP-. Son fonctionnement est identique à celui de la figure13a. Fonctionnement : Quand la valeur de consigne est nulle l’huile de pilotage prélevée sur la -HP- par l’intermédiaire du canal -x- et du régulateur de débit retourne librement au réservoir par l’orifice de drainage -y-. La pression qui règne dans la chambre du ressort -6- est quasiment nulle. Le tiroir principal -4- est maintenu en position repos par l’action du ressort -6-. La liaison entre les orifices -B- et -A- est interrompue. La position fermée du tiroir principal empêche l’à-coup de démarrage. La pression en -A- (basse pression) s’applique sur la face de droite du tiroir principal -4- en passant par le canal de pilotage -w-. La face gauche du tiroir principal reçoit la pression de pilotage réglée par l’étage pilote. Réglage : Le solénoïde proportionnel -2- transforme le courant électrique fourni par la carte électronique en force électromagnétique qui plaque le clapet conique -11- sur son siège -10-. Le débit l’huile de pilotage ne s’écoule plus librement au réservoir et la pression pilote croit dans la chambre du ressort -6-. Lorsque la force engendrée par la pression de pilotage qui agit sur la face gauche du tiroir principal est -supérieure- aux forces combinées du ressort -6- et la pression en -A- qui agit sur la face droite du tiroir principal. Le tiroir principal se déplace vers la droite établissant le passage de -B- vers -A-.

Consigne V cartemA

Fm P Déplacement Du pointeau

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Un nouvel équilibre des forces est établi lorsque :

StPxFrStPb ×=+× PxStFrPb =÷+

Pr−= PxPb Quand ces conditions d’équilibres sont remplies le tiroir principal -4- tant à se refermer pour ajuster la section de passage -SR- et maintenir le réglage de la basse pression. Si une action extérieure entraîne une augmentation de la pression en -A-, le tiroir principal se déplace vers la gauche pour interrompre le passage de -B- vers -A-. Et libérer le passage de -A- vers -y-. La troisième voie -A- vers -y- n’est pas appropriée pour limiter la pression dans le conduit -A- Il est possible d’installer, en option un limiteur de pression maximum de sécurité avec commande par ressort pour protéger l’installation. Contre toutes fausses manœuvres de réglage de la carte électronique ou une défaillance du composant proportionnel.

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Réducteur de pression du type normalement fermé avec réglage manuel :

On reconnaît les éléments principaux : L’étage pilote -1- : Est constitué d’un réducteur pression 3voies. Alimenté en huile de pilotage par le circuit primaire -A- de la soupape. Le prélèvement est réalisé le canal -x- et le gicleur -10- ; puis retourne dans la partie secondaire -B- par la section de régulation -SR- et le canal -z- L’étage principal -2- avec : Sa cartouche de limitation de pression composée de la chemise -3- du ressort -4- et du clapet -5-. Fonctionnement : La pression -Pb- du circuit secondaire alimente simultanément la face supérieure tiroir principal -5-, par l’intermédiaire du canal -z-, et de la section -SR-, puis la face droite du tiroir -6- de la soupape pilote, par l’intermédiaire du canal -7-. L’action de la pression -Pa- sur la face inférieure du clapet principal -5- soulève celui-ci et, ouvre le passage de -A- vers -B-.

Figure13

Appareil de pression

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Lorsque l’action de la pression -Pb- sur la face droite du tiroir -6- est supérieure à l’action du ressort de réglage -8-. Le tiroir pilote se déplace vers la gauche réduisant la section -SR-. Ce qui provoque l’augmentation de la pression -Px- qui règne dans la chambre du ressort -4-. Dès lors le clapet principal se déplace dans le sens de la fermeture. Réduisant le passage de -A- vers -B- afin de contrôler la valeur de pression réglée par le ressort -8-. L’augmentation de pression sur le côté secondaire de la soupape est régulée par la 3ème voies -y- de la soupape pilote comme décrit précédemment. Variante avec fonction verrouillage :

Il est possible d’obtenir une fonction de verrouillage en ajoutant un distributeur sur la conduite de pilotage -x-. Dans la position initiale représentée ci-contre le conduit de pilotage est obturé par l’orifice -P- du distributeur. Dans cette configuration la pression -HP- d’alimentation de la soupape s’établit de part et d’autre du clapet principal. Le passage de -A- vers -B- reste fermé par l’action du ressort de cartouche.

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Double réducteur de pression 3voies à commande proportionnelle :

Le réducteur de pression à trois voies est commandé directement par solénoïde proportionnel il sert à convertir un signal électrique d’entrée (courant) en un signal de pression sortie proportionnel à la commande. Les électroaimants sont réglables à bain d’huile leur excitation est assurée par une électronique externe qui fait varier le courant d’alimentation de la bobine, et par conséquent la force électromagnétique du solénoïde commandé. Conception : La valve se compose essentiellement des éléments suivants : -corps de valve -1- -Tiroir de régulation -2- où sont logés à chaque extrémité les deux poussoirs de mesure de la pression de sortie -a’- et -b’-. -électroaimant proportionnel -a- et -b-

Figure14

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Fonctionnement : Lorsque les électroaimants -a- et -b- ne sont pas excités, le tiroir de régulation -2- est maintenu en position centrale par les deux ressorts de rappels. Les orifices de sortie -A- et -B- sont en communication avec l’orifice -T- relié au réservoir. Selon la valeur de la commande (valeur de consigne), la carte électronique délivre un courant proportionnel à la commande qui traverse le solénoïde -a- ou -b- il est transformé en force électromagnétique qui est proportionnelle à la commande. Par exemple l’excitation du solénoïde -a- provoque : Le déplacement du poussoir de mesure -a’- et entraîne le tiroir de régulation -2- vers la gauche se qui provoque l’alimentation en huile de P→ A et de B → T. Une pression s’établit dans le canal qui conduit à l’orifice -A-, et dans la chambre du poussoir de mesure -b’- lorsque la force hydraulique créée par la pression de sortie multipliée par la surface du poussoir de mesure est légèrement supérieure à la force électromagnétique le tiroir de régulation -2- se déplace vers la droite et obture l’alimentation d’huile. Afin de maintenir la valeur de pression réglée. Une diminution du signal de commande provoque : Un déséquilibre entre la force hydraulique et électromagnétique le tiroir de régulation -2- se déplace vers la droite pour permettre la purge du canal d’alimentation de l’orifice -A- et de recréée ainsi un nouvel équilibre à une valeur inférieure de pression. « Si des erreurs se sont introduites dans le document merci de les signaler »