ÉTUDE HYDRAULIQUE

Circuit de Synchronisation de Deux Vérins

Conception d'un Circuit de Synchronisation de Vérins

Conception d'un Circuit de Synchronisation de Deux Vérins

Le Défi de la Synchronisation en Oléohydraulique

Assurer que deux ou plusieurs vérins hydrauliques se déplacent exactement à la même vitesse est une problématique fréquente et complexe. Que ce soit pour soulever une plateforme de chargement, opérer une presse de formage ou guider un outillage, un mouvement désynchronisé peut entraîner des contraintes mécaniques, une déformation de la charge, voire une rupture de la structure. Cet exercice explore le problème et présente une solution courante pour y remédier.

Problématique et Données du Système

Objectif : Concevoir un circuit pour soulever une charge longue et rigide de manière parfaitement horizontale, à l'aide de deux vérins identiques (V1 et V2). La charge n'est pas uniformément répartie, créant des efforts différents sur chaque vérin.

Informations sur le système :

  • Pompe à cylindrée fixe, débit total : \(Q_p = 30 \, \text{L/min}\)
  • Les deux vérins sont identiques : Diamètre piston \(D = 60 \, \text{mm}\)
  • Charge totale à soulever : \(10,000 \, \text{kg}\)
Schéma de la Problématique
Charge V1 V2

Deux vérins doivent soulever une charge rigide mais déséquilibrée.

Questions de Conception et Calcul

  1. Si on connecte simplement les deux vérins en parallèle à la sortie d'un distributeur, que va-t-il se passer ? Expliquez en vous basant sur le principe du "chemin de moindre résistance".
  2. Pour résoudre ce problème, on insère un diviseur de débit à engrenages à 2 sections égales. Quel est le rôle de ce composant et quel sera le débit théorique reçu par chaque vérin ?
  3. Dessinez le schéma hydraulique complet de la solution proposant : la pompe, le limiteur de pression principal, le distributeur 4/3 et le diviseur de débit alimentant les deux vérins.
  4. Un diviseur de débit à engrenages a une précision d'environ \(\pm 5\%\). Si le vérin V1 reçoit \(5\%\) de débit en plus et V2 \(5\%\) en moins, calculez le décalage de hauteur entre les deux vérins après une course de \(500 \, \text{mm}\).
  5. La solution par diviseur de débit étant imparfaite, citez une méthode de synchronisation plus précise et expliquez brièvement son principe.

Conception d'un Circuit de Synchronisation de Deux Vérins

Question 1 : Risque du Montage en Parallèle

Principe du chemin de moindre résistance :

En hydraulique, comme en électricité, le fluide est "paresseux". Lorsqu'il a le choix entre plusieurs chemins, il empruntera toujours celui qui lui oppose le moins de résistance, c'est-à-dire celui qui requiert le moins de pression pour être parcouru.

Analyse du scénario :

La charge étant déséquilibrée, un des deux vérins (celui sous la partie la plus légère de la charge) nécessitera une pression plus faible pour commencer à se déplacer. Si les deux vérins sont connectés en parallèle, la quasi-totalité du débit de la pompe se dirigera vers ce vérin "facile" à bouger. Il sortira donc en premier, tandis que l'autre restera quasi immobile. La plateforme basculera dangereusement.

Résultat Question 1 : Un montage en parallèle simple entraînera une sortie désynchronisée des vérins et le basculement de la charge.

Question 2 : Solution avec Diviseur de Débit

Rôle du diviseur de débit :

Un diviseur de débit à engrenages est constitué de deux (ou plus) moteurs hydrauliques à engrenages couplés mécaniquement par un même arbre. Le débit total de la pompe entre dans le composant et force les moteurs à tourner. Comme ils sont liés mécaniquement, ils tournent à la même vitesse. Si les moteurs sont de même cylindrée, ils délivrent alors un débit théoriquement identique sur chaque sortie, quelle que soit la différence de pression (de charge) entre les sorties.

Calcul du débit par section :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{par section}} &= \frac{Q_p}{\text{Nombre de sections}} \\ &= \frac{30 \, \text{L/min}}{2} \\ &= 15 \, \text{L/min} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le diviseur de débit force la division du flux. Chaque vérin recevra un débit théorique de \(15 \, \text{L/min}\).

Question 3 : Schéma Hydraulique de la Solution

Description du schéma :

Le schéma doit montrer la séquence logique des composants :

  1. Le groupe pompe et réservoir, avec le limiteur de pression principal en dérivation pour la sécurité.
  2. Le débit de la pompe alimente l'orifice P d'un distributeur 4/3.
  3. La sortie A du distributeur (pour la sortie des vérins) alimente l'entrée du diviseur de débit.
  4. Les deux sorties du diviseur de débit alimentent respectivement l'entrée de la grande chambre de V1 et V2.
  5. Les sorties "petite chambre" des deux vérins sont raccordées ensemble et retournent à l'orifice B du distributeur.
  6. L'orifice T du distributeur retourne au réservoir.
Schéma avec Diviseur de Débit
P LP D1 P T DD V1 V2

Question 4 : Calcul de l'Erreur de Synchronisation

Principe :

Même si le débit total est correct, une petite erreur de division s'accumule sur toute la course. Il faut calculer le temps de sortie pour chaque vérin avec son débit réel, ou plus simplement, calculer le volume total déplacé par chaque vérin pour une course donnée et en déduire l'erreur de course sur l'autre.

Calcul :

1. Débits réels :

\[ \begin{aligned} Q_{V1} &= 15 \, \text{L/min} \times 1.05 = 15.75 \, \text{L/min} \\ Q_{V2} &= 15 \, \text{L/min} \times 0.95 = 14.25 \, \text{L/min} \end{aligned} \]

2. Temps de sortie pour le vérin le plus rapide (V1) sur 500 mm :

\[ \begin{aligned} A_{\text{piston}} &= \frac{\pi \times (6 \, \text{cm})^2}{4} \approx 28.27 \, \text{cm}^2 \\ V_{\text{total}} &= 28.27 \, \text{cm}^2 \times 50 \, \text{cm} = 1413.5 \, \text{cm}^3 \approx 1.414 \, \text{L} \\ \text{Temps} &= \frac{\text{Volume}}{\text{Débit}} = \frac{1.414 \, \text{L}}{15.75 \, \text{L/min}} \approx 0.0898 \, \text{min} \end{aligned} \]

3. Course de V2 pendant ce même temps :

\[ \begin{aligned} V_{\text{déplacé par V2}} &= Q_{V2} \times \text{Temps} = 14.25 \, \text{L/min} \times 0.0898 \, \text{min} \approx 1.279 \, \text{L} \\ \text{Course}_{V2} &= \frac{V_{\text{déplacé par V2}}}{A_{\text{piston}}} = \frac{1279 \, \text{cm}^3}{28.27 \, \text{cm}^2} \approx 45.26 \, \text{cm} = 452.6 \, \text{mm} \end{aligned} \]

4. Décalage final :

\[ \text{Décalage} = \text{Course}_{V1} - \text{Course}_{V2} = 500 \, \text{mm} - 452.6 \, \text{mm} = 47.4 \, \text{mm} \]
Résultat Question 4 : L'erreur de synchronisation accumulée serait de près de 47.4 mm en fin de course, ce qui est inacceptable.

Question 5 : Méthodes de Synchronisation Plus Précises

Alternatives :

Pour une synchronisation de haute précision, les diviseurs de débit passifs ne suffisent pas. On doit utiliser des systèmes en boucle fermée qui mesurent la position et la corrigent en temps réel.

  • Synchronisation Électronique : C'est la solution la plus moderne et la plus précise. Chaque vérin est équipé d'un capteur de position (ex: LVDT, codeur linéaire). Un contrôleur électronique (PLC ou carte dédiée) compare en permanence la position des deux vérins. Chaque vérin est piloté par sa propre servo-valve ou valve proportionnelle. Si un décalage est détecté, le contrôleur ajuste l'ouverture des valves pour corriger l'erreur instantanément.
  • Liaison Mécanique Rigide : Si la conception le permet, relier mécaniquement les deux actionneurs par une crémaillère ou un système de levier robuste peut assurer une bonne synchronisation, mais cela ajoute du poids, de l'inertie et des contraintes de conception.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Quel est le principe physique qui cause la désynchronisation de deux vérins montés en parallèle ?

2. Un diviseur de débit à engrenages garantit :

3. Pour obtenir la synchronisation la plus précise possible, quelle technologie utiliseriez-vous ?

Glossaire

Synchronisation
Action de s'assurer que plusieurs actionneurs (vérins, moteurs) se déplacent à la même vitesse ou maintiennent une position relative constante, indépendamment des charges appliquées.
Diviseur de Débit à Engrenages
Composant hydraulique qui utilise deux ou plusieurs sections de moteurs à engrenages couplés mécaniquement pour diviser un débit d'entrée en plusieurs débits de sortie théoriquement égaux.
Circuit Parallèle
Montage où un même flux se divise pour alimenter plusieurs composants simultanément. Le débit se répartit en fonction de la résistance de chaque branche.
Contrôle en Boucle Fermée
Système de commande où la sortie (ex: position, vitesse) est mesurée en continu par un capteur et comparée à une consigne. Un contrôleur ajuste l'entrée pour minimiser l'erreur entre la mesure et la consigne.
Conception d'un Circuit de Synchronisation - Exercice d'Application

D’autres exercices d’oléohydraulique:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *