Vous concevez un système de levage hydraulique et souhaitez éviter les problèmes de synchronisation entre les vérins ? Cet article analyse un cas concret présenté par un client, mettant en lumière un aspect souvent négligé par les concepteurs: la configuration des volumes des chambres de vérin dans un système à diviseur de débit.
Voyons pourquoi cela peut engendrer des erreurs de synchronisation de vérins et comment les prévenir.
Configuration choisie : circuit maître-esclave et MIA-FD à 2 éléments
Le client – une entreprise du secteur de la fabrication d’équipements mécaniques et de machines de levage – concevait une plateforme à 4 colonnes pour le levage de véhicules lourds à l’aide de 4 vérins hydrauliques :
- 2 vérins avant : 1A (gauche) et 1B (droite)
- 2 vérins arrière : 2A (gauche) et 2B (droite)
Les conditions de fonctionnement étaient les suivantes :
- Environ 80 % de la charge sur les vérins avant
- Environ 20 % de la charge sur les vérins arrière
- Environ 150 cycles de travail par jour
- La plateforme devait rester parfaitement horizontale à la fin de chaque cycle (montée et descente)
Une précision absolue lors du déplacement n’était pas requise, mais la plateforme devait rester raisonnablement horizontale en permanence.
MIA-FD à 2 éléments
Pour la commande du vérin, un diviseur de débit MIA-FD à 2 éléments (Manifold Instantaneous Auto-compensating Flow Divider, modèle MVA0218) a été sélectionné avec la configuration suivante :
- Sortie 1 : vérins gauche (1A + 2A)
- Sortie 2 : vérins droit (1B + 2B)
- Source de pression (pompe hydraulique) : 2 800 psi (environ 190 atm), pression constante
Le client a choisi un Vivoil MIA-FD car il est particulièrement adapté à ce type d’application. Il permet de compenser les différences de charge entre les actionneurs et de répartir le débit vers les différentes branches d’un circuit avec des débits constants et indépendants — une caractéristique essentielle pour le levage de charges irrégulières qui doivent rester alignées.
La version sélectionnée (MVA – diviseur standard) ne comprend pas de soupape de limitation de pression ni de contrôle de débit unidirectionnel pour la phase de réunification, qui sont en revanche disponibles dans la version MVE.
Circuit maître-esclave
Le circuit adopté était de type maître-esclave. Dans cette configuration, alimenté par une seule source d’huile, un maître-cylindre actionne un cylindre récepteur, permettant ainsi l’extension et la rétraction simultanées.
Dans ce type de circuit, la conduite hydraulique est raccordée au côté alésage complet du maître-cylindre, dont le côté tige est raccordée au côté alésage complet du cylindre récepteur.
Problème rencontré : les vérins ne sont pas alignés
Lors des essais du prototype, le client a constaté un comportement anormal : pendant la descente, les vérins avant atteignaient leur fin de course, tandis que les vérins arrière restaient relevés d’environ 130 mm. De ce fait, la plateforme n’était pas de niveau, malgré des calculs du circuit hydraulique jugés corrects.
À ce stade, le doute du client ne portait pas sur le bon fonctionnement du MIA-FD, mais plutôt sur l’application de ce type de diviseur de débit dans le circuit maître-esclave de la machine en cours de conception.
Ils nous ont donc contactés pour vérifier si le problème pouvait être lié à l’utilisation du MIA-FD dans cette configuration.
Analyse de Vivoil : le problème réside dans la configuration du circuit
Après analyse des données de conception, nous avons identifié la cause probable du problème : comme prévu, elle réside dans la configuration maître-esclave, et plus précisément dans les volumes des chambres des cylindres.
En effet, pour que le système maître-esclave fonctionne correctement, il est nécessaire que le volume côté tige du maître-cylindre soit égal au volume côté alésage complet du cylindre récepteur, et inversement, comme illustré sur la figure :
Cependant, avec des vérins standard, le volume côté alésage complet est supérieur au volume côté tige (du fait de la présence de la tige).
Par conséquent, avec des vérins identiques, il est impossible d’obtenir une correspondance parfaite des volumes et, à certaines phases du cycle, l’huile ne peut pas remplir complètement une chambre ou la vider entièrement.
Il en résulte que l’un des vérins ne termine pas sa course, ce qui provoque des défauts d’alignement comme celui observé sur le prototype fourni par le client.
Les deux schémas suivants illustrent clairement ce problème :
- Descente : le vérin ne peut pas vider complètement l’huile
Si, au début du cycle, le vérin 1 est rempli d’huile côté alésage complet (cas typique de la descente), cette huile doit s’écouler vers le vérin 2 côté tige. Or, le volume côté tige est inférieur au volume côté alésage complet. Par conséquent, la quantité d’huile sortant du cylindre 1 est supérieure à l’espace disponible dans le vérin 2, et une partie de l’huile ne peut être transférée intégralement. Résultat : le vérin 2 ne termine pas sa course et les deux vérins se désalignent.
- Ascension : le cylindre ne peut pas se remplir complètement
Dans le cas inverse, au début du cycle, le côté tige du vérin 2 est rempli (caractéristique de la phase de montée), et l’huile doit remplir le côté alésage complet du vérin 1. Cependant, le volume d’alésage complet est supérieur au volume côté tige, et l’huile disponible provenant du vérin 2 est insuffisante pour remplir complètement la chambre du vérin 1. Par conséquent, dans ce cas également, l’un des vérins ne termine pas sa course, ce qui provoque un défaut d’alignement.
La solution : éviter le système maître-esclave, choisir une configuration différente et redimensionner le système
Pour résoudre ce problème, nous avons suggéré au client de supprimer le système maître-esclave et d’adopter une configuration différente : l’utilisation de 4 vérins indépendants commandés par un diviseur de débit MIA-FD à 4 éléments.
Ainsi, il n’est plus nécessaire d’avoir des volumes équivalents entre les chambres des vérins, car le Vivoil MIA-FD est capable de distribuer des débits constants et indépendants, et toute différence de charge est automatiquement compensée.
En effet, le MIA-FD équilibre la charge en permanence, assurant une répartition optimale du débit même en présence de déséquilibres importants, grâce à son système d’engrenages interne et à une compensation par soupape qui agit instantanément jusqu’à la fin de la course.
De cette manière, la plateforme reste alignée aussi bien en montée qu’en descente, même en présence de charges déséquilibrées.
Pour mettre en œuvre cette solution, il est toutefois nécessaire de revoir le dimensionnement du système hydraulique, en prévoyant un débit plus élevé et une pression plus basse, afin de permettre au système de fonctionner correctement avec quatre circuits indépendants.
Dans les systèmes de levage, il ne suffit pas que les calculs soient corrects
Ce cas illustre qu’en matière de systèmes de levage, l’exactitude des calculs ne suffit pas. Une configuration et un type de circuit inadaptés peuvent affecter la synchronisation des vérins dans un système à diviseur de débit.
Dans ce contexte, le MIA-FD représente la solution la plus efficace car, correctement dimensionné, il simplifie la commande par rapport à des configurations plus complexes telles que le système maître-esclave.
Vous concevez un système similaire et souhaitez déterminer la configuration la plus adaptée ? Contactez-nous, nous vous aiderons à identifier la solution optimale pour votre application.