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Circuit load sensing ou détection de charge Hydraulique Page 1 Le circuit Load sensing est généralement composé : 1. D’une pompe à débit variable circuit ouvert. 2. D’un appareil de contrôle du débit dont l’ouverture peut être fixe ou réglable. Ce type de circuit convient parfaitement pour les installations dont la vitesse réglée du récepteur ne doit pas être influencée par les variations de pression liées à la charge en mouvement. La génération de débit à régulation load sensing (LS) permet d’ajuster en permanence la pression et le débit aux valeurs réclamées par le circuit q’elle alimente. On peut en conclure qu’elle est régie par la loi d’écoulement au travers d’une section. Formule pratique : = × × 60 × � 2 × √∆ • Q= débit en l/min. • S= section de l’orifice cm². • ρ= Masse volumique du fluide Kg/dm³(litre). • ΔP= différence de pression aux bornes de la section réglée en bar. • C= coefficient d’orifice (de l’ordre de 0.72).
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Le circuit Load sensing est généralement composé :
1. D’une pompe à débit variable circuit ouvert. 2. D’un appareil de contrôle du débit dont l’ouverture peut être fixe ou
réglable.
Ce type de circuit convient parfaitement pour les installations dont la vitesse réglée du récepteur ne doit pas être influencée par les variations de pression liées à la charge en mouvement.
La génération de débit à régulation load sensing (LS) permet d’ajuster en permanence la pression et le débit aux valeurs réclamées par le circuit q’elle alimente.
On peut en conclure qu’elle est régie par la loi d’écoulement au travers d’une section.
Formule pratique : 𝑄𝑄 = 𝑆𝑆 × 𝐶𝐶 × 60 × �2𝜌𝜌
× √∆𝑃𝑃
• Q= débit en l/min. • S= section de l’orifice cm². • ρ= Masse volumique du fluide Kg/dm³(litre). • ΔP= différence de pression aux bornes de la section réglée en bar. • C= coefficient d’orifice (de l’ordre de 0.72).
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Note
Avec : ρ≈0.9kg/dm3(litre) d(diamètre orifice) en mm Scm2= (Πxd2/4)/100 Ql/min =(Π/400)xd2x60x√ΔP Ql/min=0.506xd2x√ΔP
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Schéma de principe :
La consommation du moteur hydraulique est ajustée par le limiteur de débit à commande manuelle -Sl-.
La pression du circuit liée à la charge, en aval du limiteur de débit est orienté par la canalisation pilote raccordée sur l’orifice -x- dans la boîte à ressort du tiroir de commande de la cylindrée de pompe. Elle génère une force hydraulique qui s’additionne à la force du ressort -Fr-.
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Le tarage de la pression du tiroir de commande (ou balance de pression) est maintenant définie par la force du ressort -Fr- à laquelle vient s’ajouter la pression de travail lue sur le manomètre -P2-.
La pression en amont du limiteur de débit lue sur le manomètre -P1- agit sur la face opposée de la balance de pression.
Les conditions d’équilibre de la balance de pression sont :
𝑆𝑆𝑆𝑆 × 𝑃𝑃1 = (𝑆𝑆𝑆𝑆 × 𝑃𝑃2) + 𝐹𝐹𝐹𝐹
𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃2 +𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃2 + 𝑃𝑃𝐹𝐹
𝑃𝑃1 − 𝑃𝑃2 = 𝑃𝑃𝐹𝐹 = ∆𝑃𝑃 = 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑𝑐𝑐𝑐𝑐
La différence de pression P1-P2 aux bornes du limiteur de débit reste constante.
Elle prend la valeur définie par la force du ressort -Fr- du tiroir de commande (balance de pression).
Conclusion :
Le débit qui traverse l’appareil de réglage n’est donc pas influencé par la pression du récepteur. L’écart de pression entre la pression d’entrée -P1- et celle de sortie -P2- est maintenu constant par la balance de pression formée par le tandem tiroir de commande 3 voies 2 positions et ressort de réglage.
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Bilan énergétique :
Exemple :
Pression utile Pu= 150b. Débit réglé= 20l/min. Pression Pr=15b.
La pression de refoulement lue sur le manomètre P1 :
𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃𝑃𝑃 + 𝑃𝑃𝐹𝐹 = 150 + 15 = 165𝑆𝑆
La puissance perdue est égale à la puissance consommée par la pompe moins la puissance utilisée par le moteur :
𝑃𝑃𝑝𝑝𝑐𝑐𝐹𝐹𝑑𝑑𝑃𝑃𝑐𝑐 =𝑃𝑃1 × 𝑄𝑄
600 −𝑃𝑃2 × 𝑄𝑄
600 𝑑𝑑′𝑑𝑑ù (𝑃𝑃1− 𝑃𝑃2) ×𝑄𝑄
600
𝑃𝑃𝑝𝑝𝑐𝑐𝐹𝐹𝑑𝑑𝑃𝑃𝑐𝑐 =∆𝑃𝑃 × 𝑄𝑄
600
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Circuit à plusieurs actionneurs :
Prenons pour le schéma suivant les valeurs :
Vérin Moteur Pression utile 100b Pression utile 150b
Débit 15l/min Débit 30l/min
Cycle de travail :
Phase 1 :démarrage du vérin.
Phase 2 :vitesse constante du vérin et puis démarrage du moteur.
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Phase 1 :
L’alimentation du solénoïde -a- découvre une section de passage de -P- vers -A- et provoque le déploiement du vérin. La pression -P2- utile au mouvement de sortie du vérin est dirigée par l’intermédiaire des sélecteurs de circuit sur l’orifice -x- de réglage de la balance de pression.
La pression -P1- ainsi réglée a pour valeur :
𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃2 + Pr 𝑐𝑐𝑑𝑑𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑃𝑃1 = 100 + 15 = 115𝑆𝑆
La ΔPv est égale à : ∆𝑃𝑃 = 𝑃𝑃1 − 𝑃𝑃2 = 15𝑆𝑆
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Phase 2 :
L’ouverture du limiteur de débit alimente le moteur hydraulique sous une pression -P3- égale à 150bar. La pression la plus élevée est dirigée par le jeu des sélecteurs de circuit vers la chambre du ressort de la balance de pression.
La pression -P1- a pour nouvelle valeur :
𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃3 + Pr 𝑐𝑐𝑑𝑑𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑃𝑃1 = 150 + 15 = 165𝑆𝑆
La ΔPv est égale à : ∆𝑃𝑃 = 𝑃𝑃1 − 𝑃𝑃2 = 65𝑆𝑆
La ΔPm est égale à : ∆𝑃𝑃 = 𝑃𝑃1 − 𝑃𝑃3 = 15𝑆𝑆
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L’analyse des pressions de fonctionnement laisse apparaître l’augmentation de la vitesse de déploiement du vérin lorsqu’on actionne le moteur hydraulique.
L’accroissement de la vitesse du vérin résulte de l’augmentation de la perte de charge aux bornes de la section découverte par la valve proportionnelle. Il est donc nécessaire d’ajouter un autre élément dans le circuit.
Pour éviter l’interaction des mouvements entre eux. L’ajout d’une balance de pression sur chaque tranche de distribution est indispensable.
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Ces balances de pression servent à :
1. Maintenir à l’entrée de chacune la pression la plus élevée du circuit majorée de la valeur de réglage de la pompe.
2. Conserver une -ΔP- constante dans le passage d’alimentation de chaque récepteur, indépendamment des conditions de charge.
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Pompe circuit ouvert avec régulateur LS plus pression maximale :
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Bloc de distribution multiple type Sauer/Danfoss PVG32 et Brevini HPV41 :
Ce type de distributeur est conçu pour contrôler le débit d’alimentation de récepteur proportionnellement à la commande manuelle, hydraulique ou électro-hydraulique.
Le contrôle du débit est indépendant :
1. Des variations de charge. 2. Du débit d’alimentation et de la charge des autres récepteurs.
Le module d’entrée et équipé d’un limiteur de pression intègres et d’un circuit pilote pour commande électro-hydraulique protège.
Centre ouvert lorsque l’alimentation du circuit est fournit par une pompe à cylindrée fixe.
Centre fermé pour une alimentation avec pompe à cylindrée variable.
Les tiroirs sont usinés pour fournir une large gamme de débit symétrique ou non. Chaque module peut être équipé d’une balance de pression en primaire et limitation de pression secondaire individuelle.
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Distributeur avec balance de pression 3voies :
Principalement utilisé avec une génération de débit à cylindrée fixe ce type de circuit est en réalité une adaptation du load sensing. Il présente un coût très compétitif par l’utilisation de pompe à engrenages.
Il convient pour de nombreuses applications dans le secteur du mobile.
Le fonctionnement de l’ensemble peut être assimilé à celui d’un circuit composé d’un distributeur directionnel proportionnel 4voies/3positions alimenté au moyen d’un régulateur de débit à 3voies ; Dont le débit excédentaire est évacué par la troisième voie du régulateur.
Position initiale :
La balance de pression 3voies (fonction limitation de pression) ferme le passage de -P- vers -T- par la seule force de son ressort -3-. Le tiroir de distribution -1- à centre fermé obture les quatre voies -P-, -A-, -B- ,-T-, Seul les canaux de pilotage usiné dans le tiroir sont en communication avec le tank.
Au démarrage de la pompe lorsque le tiroir de distribution est en position neutre. Le débit de pompe alimente la face droite -St1- de la balance de pression -2-. Celle de gauche -St2- communique au réservoir par les canaux pilotes.
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Condition d’équilibre :
(𝑃𝑃𝑑𝑑 × 𝑆𝑆𝑐𝑐2) + 𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑐𝑐 × 𝑆𝑆𝑐𝑐1
On pose : St1=St2=St
𝑃𝑃𝑑𝑑 +𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑐𝑐
𝑃𝑃𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝐹𝐹 + 𝑃𝑃𝑑𝑑
Le débit de refoulement de la pompe retourne au réservoir à la valeur de pression -Pe- égale à la pression définie par la force du ressort -3-.
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Position commuté :
La course du tiroir proportionnelle à l’inclinaison du levier de commande découvre une section -4- de forme tronconique. Qui dépend de la course du tiroir.
Lorsque le tiroir de distribution -1- se déplace vers la gauche une section de passage -4- de -P- vers -A- est dégagée. La pression de la charge -PA- est dirigée dans la boîte à ressort -3- de la balance de pression -2- par l’intermédiaire des canaux pilote usinés dans le tiroir de distribution.
Condition d’équilibre :
(𝑃𝑃𝑑𝑑 × 𝑆𝑆𝑐𝑐2) + 𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑐𝑐 × 𝑆𝑆𝑐𝑐1
On pose : St1=St2=St
𝑃𝑃𝑑𝑑 +𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑐𝑐
𝑃𝑃𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝐹𝐹 + 𝑃𝑃𝑑𝑑
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La pression D’entrée -Pe- prend la valeur de celle de la charge majorée de la pression du ressort.
Le fonctionnement de la balance de pression -2- est identique à celui d’un limiteur de pression à action pilotée. Dont le tarage est défini par la valeur de pression de charge augmentée de celle du ressort.
Lorsque la pression d’entrée atteint la valeur de tarage fixée par la charge et le ressort. La balance de pression se déplace vers la gauche libérant un passage vers le réservoir afin d’évacuer le débit excédentaire.
La puissance perdue par ce type de circuit est d’autant plus faible que le débit utile se rapproche de celui de la pompe.
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Distributeur avec balance de pression 2voies :
Principalement utilisé avec une génération de débit à cylindrée variable.
Le fonctionnement de l’ensemble peut être assimilé à celui d’un circuit composé d’un distributeur directionnel proportionnel 4voies/3positions alimenté au moyen d’un régulateur de débit à 2voies ; Dont le débit de la pompe équipé d’un régulateur à maintien de pression s’adapte au débit consommé.
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Position initiale :
La balance de pression 2voies (fonction réduction de pression) laisse le passage d’alimentation ouvert par la seule force de son ressort -3-. Le tiroir de distribution -1- à centre fermé obture les quatre voies -P-, -A-, -B- ,-T-, Seul les canaux de pilotage usiné dans le tiroir sont en communication avec le tank.
Au démarrage de la pompe lorsque le tiroir de distribution est en position neutre. Le débit de pompe alimente par un perçage central la face droite -St1- de la balance de pression -2-. Celle de gauche -St2- communique au réservoir par les canaux pilotes usinés dans le tiroir de distribution.
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Condition d’équilibre :
(𝑃𝑃𝑑𝑑 × 𝑆𝑆𝑐𝑐2) + 𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑐𝑐 × 𝑆𝑆𝑐𝑐1
On pose : St1=St2=St
𝑃𝑃𝑑𝑑 +𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑐𝑐
𝑃𝑃𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝐹𝐹 + 𝑃𝑃𝑑𝑑
Les nouvelles conditions d’équilibre des forces sur les faces -St1- et -St2- de la balance de pression font qu’elle se déplace vers la gauche ; Afin de maintenir la pression -Ps- à la valeur réglée par la pression de charge augmentée de celle du ressort -3-.
Condition commutée :
La course du tiroir proportionnelle à l’inclinaison du levier de commande découvre une section -4- de forme tronconique. Qui dépend de la course du tiroir.
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Lorsque le tiroir de distribution -1- se déplace vers la gauche une section de passage -4- de -P- vers -A- est dégagée. La pression de la charge -PA- est dirigée dans la boîte à ressort -3- de la balance de pression -2- par l’intermédiaire des canaux pilote usinés dans le tiroir de distribution.
Condition d’équilibre :
(𝑃𝑃𝑑𝑑 × 𝑆𝑆𝑐𝑐2) + 𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑐𝑐 × 𝑆𝑆𝑐𝑐1
On pose : St1=St2=St
𝑃𝑃𝑑𝑑 +𝐹𝐹𝐹𝐹𝑆𝑆𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑐𝑐
𝑃𝑃𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝐹𝐹 + 𝑃𝑃𝑑𝑑
La pression D’entrée -Ps- prend la valeur de celle de la charge majorée de la pression du ressort.
Le fonctionnement de la balance de pression -2- est identique à celui d’un réducteur de pression à action pilotée. Dont le tarage est défini par la valeur de pression de charge augmentée de celle du ressort.
Lorsque la pression -Ps- atteint la valeur de tarage fixée par la charge et le ressort. La balance de pression se déplace vers la gauche réduisant le passage afin de maintenir la pression réglée.
La puissance perdue par ce type de circuit est d’autant plus faible que la pression utile se rapproche de celle de la pompe.
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Bloc de distribution multiple type Koppen/Lethem - Bucher:
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Exemple d’un circuit Load sensing d’alimentation d’une nacelle élévatrice.
-Rédaction incomplète en cours de modification-
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