Introduction

Ce sont des valves modulatrices qui permettent le débit libre dans l'actionneur, puis bloquent le débit inverse jusqu'à ce qu'elles reçoivent une pression de pilotage inversement proportionnelle à la charge dans la ligne de pilotage. Elles emploient un clapet anti-retour pour la direction du débit libre, une valve de décharge pour contrôler le débit dans la direction inverse, et un piston de pilotage qui abaisse le réglage de la valve de décharge.

Elles peuvent verrouiller des charges dans un mode sans fuite et sont bien adaptées à de nombreuses applications de serrage, ou pour empêcher des charges négatives de tomber en cas de défaillance de flexible. Pour l'abaissement de charge, elles améliorent le contrôle du mouvement dans la plupart des systèmes, car elles obligent la valve de contrôle directionnel à toujours doser une pression positive, même sous des conditions de charge entraînante.

Les valves d'équilibrage peuvent être utilisées avec des vérins jumelés : la pression de pilotage ouvrira d'abord la valve du vérin le plus lourdement chargé ; ceci provoquera un transfert de charge vers l'autre vérin, dont la valve associée, toujours fermée, nécessitera alors moins de pression de pilotage pour s'ouvrir.

Pour une meilleure sécurité, elles devraient être installées près de l'actionneur, soit montées par bride, soit connectées par un tube métallique.

Fonctions des modules de valves d'équilibrage

• A — Débit amont libre à travers le clapet anti-retour pour le levage de la charge.
• B — Verrouillage du débit aval inverse lorsque la valve directionnelle n'est pas actionnée, ou que la pompe est arrêtée.
• C — Abaissement de charge dosé par le piston de la valve de décharge ouverte, contrôlé par la pression de pilotage du débit d'« abaissement » délivré en amont par la valve de contrôle directionnel, même lorsque la charge a tendance à être entraînante.
• D — Décharge de pression (avec des tiroirs directionnels à centre ouvert) pour les pics de pression dans l'actionneur causés par l'inertie de la charge, l'expansion de l'huile due au chauffage, ou des forces externes.

Réglage de la pression de la fonction de décharge

Le limiteur de pression de la valve doit avoir un réglage de pression (Pt) suffisamment élevé pour être capable de refermer entièrement le piston dans une condition sans fuite et d'arrêter tout débit aval, même sous la pression maximale induite par la charge (Pmax).

Pour cela, le réglage de la pression (Pt) doit être au moins 30 % plus élevé que Pmax, ce qu'exprime la formule de base suivante, que l'on retrouve également sur chaque page de catalogue :

Pt ≥ 1,3 × Pmax

Pression de pilotage requise pour ouvrir la valve

L'abaissement de charge est empêché par le limiteur de pression de la valve d'équilibrage, et la pression induite par la charge (Pload) génère une force dans la direction d'ouverture, opposée à la charge du ressort. Par conséquent, la charge diminue la pression de pilotage réelle nécessaire pour commencer à ouvrir le piston du limiteur.

Pour une valve d'équilibrage installée sur un vérin à double effet, dans la situation idéale (aucune contre-pression dans la ligne de retour V2–T et absence de friction des joints), la pression de pilotage nécessaire pour commencer à ouvrir la valve (Ppil, ou pression d'ouverture) peut être déterminée par les formules de base suivantes, où φ est le rapport du vérin et R le rapport de pilotage de la valve :

φ = surface d'alésage du vérin / surface annulaire du vérin
R = surface du piston de pilotage / surface différentielle du piston de contrôle

1) Charge poussant sur la tige du vérin, valve installée côté plein alésage (côté fond)

Ppil = (Pt − Pload) / (R + 1/φ)
souvent simplifié en : Ppil = (Pt − Pload) / R

2) Charge tirant sur la tige du vérin, valve installée sur la chambre annulaire

Ppil = (Pt − Pload) / (R + φ)

3) Actionneur à zone égale ou moteur hydraulique (φ = 1)

Ppil = (Pt − Pload) / (R + 1)

Différents rapports de pilotage sont disponibles. À titre d'indication générale :

Rapport de pilotage élevé (R ≥ 8:1) : permet l'abaissement de charge avec une pression de pilotage réduite, pour une opération plus rapide et économe en énergie. Il convient le mieux aux applications où la géométrie de la structure maintient les pressions induites par la charge approximativement constantes pendant le mouvement (exemple : extension d'une flèche droite).

Faible rapport de pilotage (R ≤ 4:1) : nécessite une pression de pilotage plus élevée pour l'abaissement de charge, mais permet un contrôle plus précis et plus doux du mouvement. Il est recommandé pour les applications où la géométrie entraîne de grands changements de la pression induite par la charge pendant le mouvement, avec une instabilité résultante de la machine (exemple : vérin contrôlant un bras pivotant).

Valves d'équilibrage de type compensées en décharge

Ces modules de valves ont une configuration spéciale du piston de décharge qui permet l'ouverture de décharge indépendamment de toute contre-pression, tandis que l'ouverture pilotée reste sujette à la pression additive à l'orifice V2.

Elles sont employées lorsqu'il est nécessaire de décharger la pression au réglage préétabli (Pt) sans surpressuriser le système, indépendamment de toute contre-pression dans la ligne de retour. Elles sont normalement installées avec des valves de contrôle principales à tiroirs à centre fermé équipés de valves de décharge d'orifice.

Valves d'équilibrage de type ventilées

Ces modules de valves ont une chambre de ressort entièrement ventilée ; l'ouverture de décharge et l'ouverture pilotée sont toutes deux indépendantes de la contre-pression à l'orifice V2. La ventilation est souvent ouverte à l'atmosphère et, chaque fois que possible, connectée au réservoir ou à une ligne de basse pression.

Elles doivent être utilisées uniquement avec des valves de contrôle principales à tiroirs à centre fermé et équipées de valves de décharge d'orifice.

Ce type de valves « entièrement équilibrées » est nécessaire dans quelques applications typiques :

• Lorsque l'ouverture pilotée détermine un débit inverse vers une ligne fortement pressurisée (exemple : circuits régénératifs pour vérins, où l'huile de la chambre annulaire est recyclée dans la ligne alimentant le côté plein alésage ; ou circuits de type série, où l'huile déchargée par un actionneur alimente un second actionneur).
• Lorsque les pointes de pression dans la ligne de retour d'huile pourraient causer des oscillations du piston de décharge qui amplifieraient l'instabilité et les fluctuations du débit.
• Lorsque l'ouverture de pilotage est commandée par un joystick délivrant un « signal de basse pression », et que le piston de décharge doit maintenir des positions ouvertes stables même avec de fortes fluctuations de pression.
• Lorsque la valve d'équilibrage fait partie d'un circuit en boucle fermée avec de la pression en amont et en aval.

Procédure de vérification du tarage

Le tarage d'une valve d'équilibrage est très difficile à mesurer une fois montée en circuit, en raison du pilotage croisé (cross-piloting), de la pression induite par la charge et du rapport de surfaces du vérin. La méthode recommandée consiste à déposer la valve :

• Verrouiller mécaniquement la charge / la machine et s'assurer que la valve n'est plus sous pression avant toute dépose.
• Déposer la valve du circuit.
• La visser dans un corps simple à cavité unique : orifice 1 relié à une source de pression réglable, orifices 2 et 3 laissés ouverts (non raccordés).
• Augmenter progressivement la pression sur l'orifice 1 jusqu'à ce que la valve commence tout juste à s'ouvrir : cette pression est le tarage.

Réglage physique

Le réglage s'effectue en tournant la vis de réglage du ressort de tarage : tourner dans le sens horaire diminue le tarage (et peut servir à relâcher une charge bloquée en position pleinement vissée, à moins de 200 psi / 14 bar). La relation pression / nombre de tours est spécifique à chaque cartouche et fournie par le fabricant (plages de réglage préférentielles par modèle).

Points de vigilance en exploitation

• Une dérive de charge (drift) est le plus souvent le signe d'un siège endommagé (choc, contamination) : la valve doit alors être remplacée par une valve neuve, tarée en usine, plutôt que réajustée.
• La dérive peut aussi provenir d'une fuite au niveau des joints du vérin ou d'une variation de température de l'huile : à vérifier avant d'incriminer la valve.
• Toujours s'assurer que la charge est mécaniquement soutenue et que la cartouche n'est pas sous pression avant toute dépose.

À retenir

• Choisir le ratio de pilotage et le gain de débit selon le niveau de stabilité recherché, pas seulement selon le débit maximal : ne jamais surdimensionner « par sécurité ».
• Utiliser une valve ventilée si le circuit présente une contre-pression variable.
• Tenir compte du rapport de surfaces du vérin dans le calcul de la pression de pilotage nécessaire.
• Régler le tarage à au moins 1,3 × la pression maximale induite par la charge.
• Toujours vérifier / régler le tarage hors circuit, sur banc, selon la procédure du fabricant.
• En cas de dérive de charge, remplacer la valve plutôt que la réajuster si le siège est suspecté endommagé.

Sami Rekik