Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 1

Système de direction et angles de braquage :

Epure de Jeantaud

L’examen du croquis dévoile la complexité du système de direction. Les angles de braquage des roues sont tous différents. Ce qui garantit un fonctionnement correct du système.

La synchronisation entre roues et entre pont est réalisée par un système de palonniers et billettes qui est difficile à mettre en œuvre et à régler.

L’évolution de l’hydraulique au travers l’informatique industrielle à permis de s’affranchir de ce système coûteux.

Chaque roue est mue par un vérin hydraulique équipé d’un capteur de position et alimenté par un électro distributeur à commande proportionnelle. L’informatique de contrôle commande gère l’alimentation de chaque vérin en fonction de la position angulaire qu’il doit occuper par rapport à la demande du conducteur.

La totale liberté du système laisse entrevoir d’autres possibilités du système.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 2

Direction 2 :

Principe d’un système de direction classique :

Les dispositifs de direction OSPB sont entièrement hydrauliques. Il n’y a pas de liaison mécanique entre le volant et les roues directrices. La liaison mécanique a été remplacée par un réseau de canalisation et flexible hydraulique entre le dispositif de direction et les vérins de manœuvre.

Une direction hydrostatique se compose essentiellement de trois éléments :

1. Une pompe. 2. Un boiter de direction. 3. Un organe de manœuvre généralement un vérin.

La pompe délivre le débit et la pression nécessaire pour répondre aux besoins d’effort et de vitesse de déplacement de l’organe de manœuvre.

Le boîtier de direction est constitué d’une pompe de dosage qui envoie au vérin une quantité d’huile proportionnelle au déplacement du volant.

D’un distributeur rotatif à rétroaction mécanique autorise l’alimentation de la pompe doseuse pour un angle équivalent à celle du volant et dirige l’huile vers le côté droit ou gauche du vérin selon le sens du braquage. Il est automatiquement mis en position neutre après le braquage.

Sur les véhicules de grandes dimensions, on utilise les dispositifs de direction OSPB LS associé à un amplificateur de débit OSQ qui amplifie le débit allant aux vérins de directions.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 3

On trouve différents modèles :

1. Centre ouvert - non réaction (ON).

Ils empêchent les forces extérieures agissant sur les roues d’entraîner des réactions sur le volant lorsque le dispositif de direction est en position neutre.

2. Centre ouvert - réaction (OR).

Les forces extérieures agissant sur les se propagent sous forme de mouvements rotatifs au volant lorsque le dispositif de direction est en position neutre.

3. Centre fermé - non réaction (CN).

Les dispositifs centre fermé coupent le débit d’huile entre la pompe et le réservoir en position neutre.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 4

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 5

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 6

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 7

Principe d’un système de direction classique avec amplification de débit :

Ce dispositif est utilisé lorsque les débits à contrôler deviennent importants.

La perte de pression au travers de la valve -V1- et -V2- est de la forme :

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 8

∆𝑝𝑝 = 𝜉𝜉 ×𝜌𝜌2 × 𝑣𝑣2 = 𝜉𝜉 ×

𝜌𝜌2 ×

𝑄𝑄2

𝑆𝑆2

𝑄𝑄 = 𝑆𝑆 × �2 × ∆𝑝𝑝𝜉𝜉 × 𝜌𝜌

La section d’ouverture au travers des valves -V1- et -V2- est proportionnelle à la perte de charge et la raideur des ressorts -K1- et -K2- :

𝑆𝑆1 = 𝐾𝐾1 × ∆𝑃𝑃1 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑆𝑆2 = 𝐾𝐾2 × ∆𝑃𝑃2

Les débits aux travers des valves -V1- et -V2- sont :

(1) 𝑄𝑄1 = 𝐾𝐾1 × ∆𝑃𝑃1 × �2×∆𝑝𝑝1𝜉𝜉×𝜌𝜌

(2) 𝑄𝑄2 = 𝐾𝐾2 × ∆𝑃𝑃2 × �2×∆𝑝𝑝2𝜉𝜉×𝜌𝜌

Le fonctionnement impose :∆𝑃𝑃1 = ∆𝑃𝑃2

Des relations (1) et (2) on obtient :

𝑄𝑄2𝑄𝑄1 =

𝐾𝐾2𝐾𝐾1

Il vient :

𝑄𝑄2 = 𝑄𝑄1 ×𝐾𝐾2𝐾𝐾1

D’où :

𝑄𝑄𝑒𝑒 = 𝑄𝑄1 + 𝑄𝑄2 = 𝑄𝑄1 × �1 +𝐾𝐾2𝐾𝐾1�

∆P = perte de charge au travers des soupapes de débit -V1- et -V2-.

ρ=(rho) Masse volumique du fluide.

ξ=(dzéta) Facteur de forme de l’orifice.

Q= débit du fluide.

S=section d’ouverture des soupapes -V1- et -V2-.

K=raideur des ressorts des soupapes -V1- et -V2-.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 9

Fonctionnement de l’amplificateur de débit OSQ :

La pression qui s’établit à gauche du tiroir -V0- déplace celui-ci vers la droite permettant ainsi l’alimentation du vérin au travers de la valve principale de débit -V2-. Il se déplace jusqu’à trouver une position d’équilibre lorsque les pressions de part et d’autre soient égales. Son fonctionnement est alors similaire à celle d‘un réducteur de pression dont la pression de tarage a la valeur de -P1-. Dans ces conditions les pressions d’entrées des valves -V1- et -V2- sont égales.

Les pressions de sortie étant identiques, les pertes de charge aux bornes de la valve principale -V2- et de la valve pilote -V1- sont égales.

La valve principale et la valve pilote sont conçues de manière à avoir un facteur de forme ξ identique. De ce fait, comme montré précédemment, les débits au travers des deux valves sont proportionnels aux sections d’ouverture et donc à la perte de charge. Les deux débits s’additionnent et l’on obtient comme facteur d’amplification.

𝑓𝑓 =𝑆𝑆2𝑆𝑆1 + 1 =

𝐾𝐾2𝐾𝐾1 + 1

Par exemple pour un OSQ 5 on aura :

𝐾𝐾2𝐾𝐾1 = 4 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑓𝑓 = 4 + 1 = 5

En cas de choc sur les roues, les valves -V1- et -V2- se ferment, et le pic de pression est écrêté par la soupape de pression -V3-.

Si la direction devient motrice, la pression de pilotage -P1- diminue et la valve de retour se referme freinant ainsi le retour et de ce fait contrôlant le vérin de direction.

Ce système de direction permet de répondre à toutes les conditions de fonctionnement imposées à une direction.

Un tel système présente les avantages suivants :

• Contrôle des efforts. • Conduite confortable. • Mise en œuvre simple. • Possibilité d’utiliser l’excédant d’huile de direction sur un autre circuit.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 10

Les derniers génération de porteur sont équipées d’un système de direction avec une architecture complètement différente. Elle s’oriente vers une technologie proportionnelle, d’asservissements de position des vérins, afin d’éliminer toutes les biellettes mécaniques de synchronisation entre pont.

Le schéma ci-contre représente un bloc multiple de distribution. Il est équipé en primaire de balance de pression à 2voies. Les branches A et B sont munies de limiteur de pression qui permettent de limiter la pression sur chaque vérin

L’étage d’entée rempli les fonctions de limitation de pression générale, et d’alimentions du circuit de pilotage. Le prélèvement du circuit de pilotage est effectué au travers d’un réducteur de pression. Un limiteur de pression de petit calibre protège le circuit pilote en cas de disfonctionnement du réducteur de pression.

Schéma hydraulique d’un système de direction à commande proportionnelle.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 11

Elémént de distribution :

Il se compose essentiellement :

• Des 2 limiteurs de pression secondaire -1- et -2-. • Du tiroir de réglage -4- équipé des coupelles -3- et ressort de rappel. • De la balance de pression à 2voies -5- et son ressort -5a-. • Des butées de réglage de course du tiroir -7- et -8-. • D’une commande manuelle de secours -9-.

Le fonctionnement de cet ensemble est similaire à celui d’un régulateur de débit à 2voies dont le débit est proportionnel à la course du tiroir de réglage -4-.

Voir l’article les distributeur et appareil de débit.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 12

Elément d’entrée :

Les éléments 1,a,b,c plus 3,a,b constituent le limiteur de pression à action piloté.

Les éléments 2,4,6,8 se de la réduction et limitation de pression du circuit de pilotage.

Système de direction des grues automobiles

Hydraulique Page 13

« Si des erreurs se sont introduites dans le document merci de les signaler. »