1. Les bases de l’hydraulique mobile
L’hydraulique mobile équipe les machines mobiles. Dans la plupart des cas, il s’agit d’engins de terrassement tels que les pelles hydrauliques, les chargeuses sur pneus et les chenillards. Un autre domaine d’application concerne les machines agricoles et forestières (tracteurs, abatteuses-façonneuses), tandis que les grues et les chariots élévateurs relèvent du transport et de la manutention.
Dans les machines mobiles, la force est transmise du moteur Diesel aux équipements de travail au moyen d’un fluide hydraulique, et les processus sont commandés par la technologie de régulation hydraulique. Deux principes de base sont utilisés :
Circuit fermé
Le principe du circuit fermé, avec pompe et moteur hydrauliques, est principalement utilisé pour les transmissions de translation, les treuils et les entraînements de rotation. L’huile de retour de l’actionneur est directement réinjectée dans la pompe, et la vitesse est régulée en ajustant la pompe et le moteur. Le fonctionnement simultané de plusieurs actionneurs et l’utilisation de vérins à simple tige n’y sont pas possibles.
Circuit ouvert
Le circuit ouvert, avec pompe, vérins et moteurs hydrauliques, est utilisé pour les applications comprenant des équipements de travail et plusieurs actionneurs fonctionnant simultanément. L’huile de retour des actionneurs est acheminée vers le réservoir, puis de nouveau aspirée par la pompe. Pour piloter les actionneurs, des blocs de commande sont nécessaires.
Les machines sont pilotées par un conducteur d’engin qui contrôle les mouvements en gardant un œil sur l’équipement de travail ou la charge. Un fonctionnement automatique comme dans les systèmes industriels n’est normalement pas possible : une commande facile à maîtriser et simple à utiliser est donc essentielle. Par ailleurs, pour les machines mobiles, le faible poids des composants et un bon rendement sont déterminants — un mauvais rendement entraîne des pertes élevées et une surconsommation de carburant.
2. La commande par étranglement
Une régulation d’étranglement contrôle le débit d’huile de la circulation vers les actionneurs. Elle remplit deux fonctions :
- la régulation de la pression ;
- la fonction de distribution (orienter le flux).
La circulation sert à réduire les pertes lorsqu’aucun actionneur n’est sollicité : en mode circulation, la pompe refoule l’huile à travers le bloc de commande vers le réservoir avec la pression la plus faible possible. Lors de l’actionnement d’un récepteur, le canal de circulation se ferme, le débit d’huile est étranglé et la pression augmente. Grâce à la fonction du distributeur, le flux d’huile est dirigé vers l’actionneur et l’huile de retour est évacuée vers le réservoir.
Les fonctions d’une machine mobile doivent pouvoir être commandées de manière progressive et avec une grande sensibilité. Pour cela, des encoches de progressivité (ou gorges de dosage) ont été usinées dans les tiroirs de commande.
3. Différence de pression et ouverture de la circulation
Pour comprendre le fonctionnement de la régulation d’étranglement, il faut d’abord observer le comportement des pressions pour différentes ouvertures du canal de circulation de l’étrangleur.
La formule du débit à travers l’étrangleur sert de base :
On en déduit le calcul de la différence de pression Δp :
Et la section d’ouverture de l’étrangleur se calcule par :
Données de l’exemple :
- Débit de la pompe qₚ : 10 l/min (constant)
- Ouverture de circulation d : max. 10 mm (réduite pas à pas)
- Masse volumique de l’huile ρ : 0,85 g/cm³ (valeur de référence)
- Coefficient de débit αᴅ : 0,68
- Pression au raccord P de la pompe : pₚ = Δp + pₜ
- Pression dans la conduite de retour : pₜ = 1 bar
Dans la régulation d’étranglement, la pression pₚ est acheminée vers l’actionneur.
Grâce à la régulation d’étranglement, on contrôle à la fois le débit d’huile vers l’actionneur et la pression. On peut ainsi influer aussi bien sur la vitesse que sur la force (sensibilité du système à la charge).
4. Ouverture de circulation et répartition du débit
L’objectif ici est de montrer la répartition du débit en fonction de la charge. Le débit refoulé par la pompe est constant (qₚ = 10 l/min), l’ouverture de circulation peut varier de d = 10 mm à 0 mm, et la pression de retour est pₜ = 0 bar. La pression de charge (égale à la pression pompe pₚ) est augmentée progressivement, par paliers de 30 bars.
On calcule d’abord l’ouverture de circulation nécessaire pour mettre la charge en mouvement, puis le débit de circulation qᵤ (l/min) pour une ouverture davantage réduite — la différence de pression Δp étant constante, conforme à la charge. Comme qᵤ diminue à mesure que l’ouverture de circulation se réduit, le débit vers le vérin qz augmente en conséquence :
qz = qₚ − qᵤ
Les variations de pression de charge influencent la vitesse, car la différence de pression Δp se trouve modifiée. Pour le conducteur, cela signifie qu’il doit réajuster la vitesse en permanence. Cela devient encore plus difficile lorsque deux actionneurs soumis à des pressions de charge différentes doivent être actionnés simultanément — par exemple le treuil et la flèche sur une grue, ou la flèche et le balancier sur une pelle.
Pour ces raisons, les engins équipés d’une régulation d’étranglement ne s’opèrent pas facilement et le conducteur doit avoir une certaine expérience de sa machine. Afin de simplifier le pilotage, les fonctions utilisées simultanément sont souvent réparties sur des circuits de pompe différents : avec ces systèmes dits « à double circuit », la flèche et le balancier d’une pelle sont par exemple raccordés à des circuits de pompe distincts.
5. Positions du tiroir et symboles
Dans le tiroir du distributeur, on trouve des encoches de circulation et des encoches d’actionneur. Lors de la fermeture des encoches de circulation, les encoches d’actionneur s’ouvrent simultanément ; à travers ces dernières, l’huile présente dans le canal P1 s’écoule vers le vérin.
Circuit en tandem
Le canal P1 du distributeur 2 reçoit l’huile provenant de la circulation du distributeur 1 : le distributeur 2 ne reçoit donc que l’huile qui n’est pas utilisée par le distributeur 1. Si la circulation du distributeur 1 est complètement fermée, le distributeur 2 ne reçoit plus du tout d’huile.
Raccordement en parallèle
Les canaux P1 des distributeurs 1 et 2 sont tous deux raccordés au canal P commun, et l’huile est répartie via les encoches d’actionneur. Si la circulation du distributeur 1 est fermée, le distributeur 2 reçoit de l’huile sous la pression de charge du distributeur 1, et inversement.
6. Fonctionnement d’un distributeur 6/3
Un élément de distributeur 6/3 se compose des éléments suivants :
- corps ;
- tiroir de commande (ou piston de commande) avec encoches de circulation (6), encoches d’actionneur (7) et encoches de réservoir (8) ;
- levier de commande manuel ;
- ressort de rappel / centrage ;
- clapet anti-retour de maintien de charge.
Un distributeur 6/3 possède 6 orifices (P, P1, U, A, B, T) et 3 positions de tiroir (0 neutre, 1 : P→B, 2 : P→A). On y retrouve les canaux suivants :
- P → canal P venant de l’élément d’entrée et de la pompe ;
- U → canal de circulation vers l’élément de sortie et le réservoir ;
- P1 → canal P vers le clapet de maintien de charge ;
- A → canal d’actionneur A ;
- B → canal d’actionneur B ;
- T → canal de réservoir.
À l’aide du plan en coupe, voici le mode de distribution de l’huile : le levier est lentement tiré vers la gauche, le tiroir de commande se déplace vers la droite et la circulation (via les rainures de circulation) se ferme progressivement — la pression dans le canal P augmente. Lorsque cette pression dépasse celle du canal P1, le clapet de maintien de charge s’ouvre : l’huile s’écoule via ce clapet dans le canal P1, puis, à travers les rainures d’actionneur, vers l’orifice A. La pression dans le canal P1 est déterminée par la pression de charge à l’orifice A. L’huile revenant de l’actionneur par l’orifice B s’évacue vers le réservoir via les rainures de réservoir.
7. Blocs-distributeurs à étranglement Parker Hannifin
Parker Hannifin propose une gamme complète de distributeurs monoblocs et empilables à centre ouvert (Open Center), reconnus pour leur robustesse sur engins mobiles.
Série VA20 / VG20
Distributeurs modulaires à centre ouvert pour engins de chantier légers, chariots élévateurs et équipement agricole. Débit max. : jusqu’à 60 l/min — Pression max. : 250 bar.
Série VA35 / VG35
Conçus pour les débits intermédiaires (chargeuses, pelles compactes, grues auxiliaires). Débit max. : jusqu’à 100 l/min — Pression max. : 250 bar.
Série VG80
Blocs forte capacité pour engins lourds et applications de manutention exigeantes. Débit max. : jusqu’à 160–200 l/min — Pression max. : 250 bar.
8. Avantages et limites de la commande par étranglement
Avantages
- Simplicité et robustesse : conception mécanique éprouvée, sans électronique complexe ni lignes de signal supplémentaires.
- Coût d’acquisition réduit : solution économique pour les engins standards.
- Sensibilité directe : ressenti hydraulique direct au niveau des commandes manuelles.
Limites
- Dépendance vis-à-vis de la charge : la vitesse de l’actionneur varie avec la charge, nécessitant des réajustements permanents de l’opérateur. Le début du mouvement et la plage de contrôle précis dépendent de la charge et du débit.
- Pertes énergétiques sous contrôle fin : l’étranglement du débit génère de la chaleur et réduit le rendement global par rapport aux systèmes régulés de type Load Sensing (LS).
- Priorité à la charge la plus faible : en commande parallèle, le fluide emprunte le chemin de moindre résistance, rendant les mouvements combinés plus délicats.
Sami Rekik
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