Électrovanne hydraulique - Comment elles fonctionnent

Une électrovanne hydraulique est utilisée pour ouvrir, fermer ou changer la direction des fluides hydrauliques. Elles contrôlent les actionneurs, tels que les vérins et les moteurs, dans diverses industries comme la fabrication, l'aérospatiale et la construction. Cet article explore le modèle, le fonctionnement et les critères de sélection des électrovannes hydrauliques 4/3 et 4/2 voies.

Table des matières

• Construction d'une électrovanne hydraulique
• Fonction du circuit de la vanne hydraulique 4/3 voies
• Modèle de vanne hydraulique 4/2 voies
• Mécanisme de détente
• Critères de sélection d'une électrovanne hydraulique
• Applications industrielles
• FAQ

Construction d'une électrovanne hydraulique

Les vannes de commande directionnelle hydrauliques sont généralement représentées par le nombre d'orifices et de positions de commutation. Par exemple, une vanne hydraulique 4/3 voies a quatre orifices et trois positions (Figure 2). Ces vannes sont conçues pour gérer des applications à haute pression, avec une pression nominale maximale allant jusqu'à 350 bar (5075 psi), ce qui les rend adaptées aux environnements exigeants.

Les différents composants sont :

• Tiroir (Z) : C'est un composant cylindrique à l'intérieur de la vanne qui se déplace pour diriger le flux de fluide hydraulique. Il a des terres (sections avec des diamètres plus grands) et des rainures (diamètres plus petits). Les terres bloquent le flux, tandis que les rainures le permettent.
• Solénoïdes (X et Y) : Les solénoïdes sont placés de chaque côté de la vanne et déplacent le tiroir lorsqu'ils sont activés. Lorsque le solénoïde X est activé, la force électromagnétique tire le tiroir vers la gauche. Inversement, le tiroir se déplace vers la droite lorsque le solénoïde Y est activé. Ce mouvement du tiroir ouvre, ferme ou change les connexions des orifices, modifiant ainsi la direction du flux.
• Orifices (T, A, P, B) : Le fluide hydraulique entre et sort par les orifices.
  • Orifice de pression (P) : C'est par là que le fluide hydraulique entre dans la vanne sous pression depuis la pompe. Il fournit le fluide qui sera dirigé vers les orifices de travail.
  • Orifices de travail (A et B) : Ces orifices se connectent à l'actionneur hydraulique, au vérin ou au moteur. Selon la position du tiroir, le fluide est dirigé vers l'orifice A ou B pour effectuer un travail, comme l'extension ou la rétraction d'un vérin.
  • Orifice de retour (T) : Cet orifice permet au fluide hydraulique de retourner au réservoir après être passé dans le système. Il aide à maintenir le circuit du fluide et assure que l'excès de fluide est renvoyé en toute sécurité.

Tableau 1 : Solénoïde simple vs double solénoïde pour les vannes hydrauliques

Critères	Solénoïde simple	Double solénoïde
Fonctionnalité	Contrôle simple marche/arrêt ; retourne à la position par défaut lorsqu'il est désactivé (retour par ressort)	Contrôle deux positions ; reste dans la dernière position lorsqu'il est désactivé (bi-stable)
Exigences d'application	Convient aux applications nécessitant une position sûre en cas de défaillance par défaut	Idéal pour les applications nécessitant une rétention de position en cas de perte de puissance
Complexité du système de contrôle	Câblage et logique de contrôle plus simples	Logique de contrôle plus complexe pour gérer deux bobines
Coût et maintenance	Généralement moins coûteux et plus facile à entretenir	Peut être plus coûteux et nécessiter plus d'entretien
Espace et installation	Typiquement plus compact, bénéfique pour les installations à espace restreint	Peut nécessiter plus d'espace en raison de la bobine supplémentaire

Fonction du circuit de la vanne hydraulique 4/3 voies

En sélectionnant la position appropriée du tiroir, la vanne 4/3 voies (Figure 1) contrôle efficacement la direction et le débit du fluide hydraulique, permettant un fonctionnement précis des machines hydrauliques. Le tiroir à l'intérieur de la vanne peut se déplacer dans trois positions différentes, chacune modifiant le chemin d'écoulement du fluide :

• Position 1 (Figure 3, gauche) : Lorsque le tiroir se déplace vers la droite, l'orifice P se connecte à l'orifice A, et l'orifice B se connecte à l'orifice T. Cette configuration dirige le fluide de l'orifice de pression vers un orifice de travail tandis que l'autre orifice de travail renvoie le fluide au réservoir.
• Position 2 (Figure 3, milieu) : Dans cette position centrale fermée, tous les orifices sont bloqués. Cela arrête le flux de fluide, permettant au système de maintenir la pression sans mouvement.
• Position 3 (Figure 3, droite) : Lorsque le tiroir se déplace vers la gauche, l'orifice P se connecte à l'orifice B, et l'orifice A se connecte à l'orifice T. Cela inverse la direction du flux, envoyant le fluide vers l'orifice de travail opposé et renvoyant le fluide de l'autre orifice au réservoir.

Principe de fonctionnement

• Fonction de circuit 1 (Figure 3, Gauche) : L'activation du tiroir vers la droite connecte l'orifice de pression (P) à l'orifice de travail A et l'orifice de travail B à l'orifice de retour (T). Cette configuration déplace l'actionneur dans une direction.
• Fonction de circuit 2 (Figure 3, Milieu) : Dans la position centrale fermée, tous les orifices sont bloqués, arrêtant le flux de fluide et maintenant la pression du système.
• Fonction de circuit 3 (Figure 3, Droite) : Le déplacement du tiroir vers la gauche connecte l'orifice de pression (P) à l'orifice de travail B et l'orifice de travail A à l'orifice de retour (T). Cela inverse le mouvement de l'actionneur.

Modèle de vanne hydraulique 4/2 voies

Une vanne 4/2 voies a quatre orifices et deux positions. Ces vannes peuvent avoir un modèle à solénoïde simple ou double (Tableau 1). Elles peuvent être configurées en position normalement ouverte ou fermée, avec un mécanisme à ressort assurant leur retour à leur état par défaut.

• Dans une vanne à solénoïde simple, le tiroir se déplace lorsqu'il est activé et revient automatiquement à sa position d'origine une fois le solénoïde désactivé.
• Une vanne à double solénoïde permet au tiroir de se déplacer lorsqu'un solénoïde est activé et de revenir lorsque l'autre solénoïde est activé.

Il est crucial de s'assurer qu'un seul solénoïde est activé à la fois pour maintenir un fonctionnement correct et éviter les problèmes potentiels.

Principe de fonctionnement

Les différents composants d'une vanne hydraulique 4/2 voies sont :

• Quatre orifices : La vanne comprend un orifice de pression (P), deux orifices de travail (A et B), et un orifice de retour (T). Ces orifices gèrent le flux de fluide hydraulique dans le système.
• Deux positions : Le tiroir à l'intérieur de la vanne peut se déplacer dans deux positions différentes, chacune modifiant le chemin d'écoulement du fluide :
  • Position 1 : Dans cette position, l'orifice de pression (P) se connecte à l'orifice de travail A, et l'orifice de travail B se connecte à l'orifice de retour (T). Cette configuration dirige le fluide de l'orifice de pression vers un orifice de travail, permettant à l'actionneur de se déplacer dans une direction.
  • Position 2 : Lorsque le tiroir se déplace dans l'autre position, l'orifice de pression (P) se connecte à l'orifice de travail B, et l'orifice de travail A se connecte à l'orifice de retour (T). Cela inverse la direction du flux, envoyant le fluide vers l'orifice de travail opposé et permettant à l'actionneur de se déplacer dans la direction opposée.

Mécanisme de détente

Le mécanisme de détente maintient le tiroir en place lorsque la vanne hydraulique n'est pas activée. Par exemple, dans une vanne à 2 positions, la détente peut maintenir le tiroir soit en position ouverte, soit en position fermée. Lorsque la vanne est activée, la détente libère le tiroir, lui permettant de revenir à sa position neutre.

De même, dans une vanne à 3 positions, le mécanisme de détente peut maintenir le tiroir dans n'importe laquelle de ses trois positions possibles. Cela permet à la vanne de maintenir un état spécifique sans alimentation continue, ce qui peut être utile pour l'efficacité énergétique et le maintien de la stabilité du système.

Critères de sélection d'une électrovanne hydraulique

Orifices et positions de la vanne

Lors du choix entre les électrovannes hydrauliques 4/3 voies et 4/2 voies, considérez les points suivants :

• Vanne 4/3 voies : La vanne 4/3 voies est généralement utilisée pour des applications nécessitant une position neutre où l'actionneur peut être maintenu, flotter ou avoir une pression relâchée. Elle est idéale pour un contrôle plus complexe où des positions intermédiaires sont nécessaires.
• Vanne 4/2 voies : Une vanne 4/2 voies convient aux applications plus simples où l'actionneur doit basculer directement entre deux états, comme l'extension et la rétraction d'un vérin sans position intermédiaire. Elle est idéale pour un contrôle marche/arrêt simple.

Tableau 2 : Fonctions de circuit courantes des électrovannes hydrauliques

Fonction de circuit	Besoins de l'application	Comportement du système
Tous les orifices ouverts	Égaliser la pression ou ventiler	Permet une libre circulation du fluide
Tous les orifices fermés	Arrêter le flux de fluide, maintenir la pression	Le système de verrouillage empêche le mouvement
P ouvert vers A, B ouvert vers T	Déplacer l'actionneur dans une direction	Étend le vérin ou entraîne le moteur vers l'avant
P ouvert vers R, A et B fermés	Relâcher la pression du système	Dépressurise le système
Détente (Pas de position par défaut)	Maintenir la position sans alimentation	Conserve la dernière position, économe en énergie
P fermé, A et B ouverts vers T	Ventiler les orifices de travail, isoler la pression	Permet à l'actionneur de flotter ou de se neutraliser
P ouvert vers B, A ouvert vers T	Déplacer l'actionneur dans la direction opposée	Rétracte le vérin ou inverse le moteur

Matériau

Le matériau de la vanne hydraulique doit être compatible avec les propriétés du fluide circulant.

• La fonte est généralement utilisée pour le corps de la vanne hydraulique en raison de sa haute résistance, de sa durabilité et de son excellente résistance à l'usure face aux fluides hydrauliques.
• Le NBR est utilisé pour les joints et les joints toriques dans les systèmes hydrauliques car il est résistant aux huiles et aux carburants et possède une excellente résistance à l'abrasion.

Lisez notre guide de résistance chimique pour plus d'informations sur la compatibilité des différents matériaux avec divers fluides.

Taille de connexion

Assurez-vous que la taille de la vanne correspond aux dimensions des orifices des composants existants. Les électrovannes hydrauliques sont généralement disponibles avec des tailles de connexion NG6 (D03), ce qui indique une taille nominale de 6 millimètres.

Action du tiroir

L'action du tiroir est déterminée par le fonctionnement de l'application. Après la désactivation, certaines applications nécessitent que le tiroir reste dans sa position actuelle, tandis que d'autres ont besoin qu'il revienne au centre. La "direction du flux activé" est le chemin que prend le fluide hydraulique lorsque l'électrovanne est activée (sous tension). Par exemple, pour la direction du flux activé "P ouvert vers A, B ouvert vers T" :

• P ouvert vers A : Le fluide s'écoule de l'orifice de pression (P) vers l'orifice de travail A, déplaçant un actionneur ou étendant un vérin.
• B ouvert vers T : Le fluide retourne de l'orifice de travail B vers le réservoir (T), complétant le circuit.

Pression et température maximales

La vanne doit résister à la pression maximale et aux exigences de température minimale et maximale de l'application. La température est également essentielle pour déterminer la capacité de la vanne, affectant la viscosité et le débit du fluide. La vanne hydraulique convient pour une plage de température de -30 à 80 °C (-22 à 176 °F) et une pression maximale de 350 bar (5075 psi).

Débit

L'exigence de débit de l'application aidera à déterminer la taille de la vanne. Pour maintenir un fonctionnement efficace et éviter les goulots d'étranglement, choisissez une vanne avec une capacité de débit qui correspond ou dépasse légèrement les exigences de votre système. Les vannes avec des débits de 60 - 80 l/min sont couramment utilisées.

Caractéristiques spéciales

• Commande manuelle auxiliaire : Permet un fonctionnement manuel de la vanne en cas de panne de courant ou pour la maintenance, offrant de la flexibilité et assurant la fonctionnalité du système lorsque nécessaire.
• Économe en énergie (moins de 9 VA) : Conçu pour consommer peu d'énergie, généralement moins de 9 volt-ampères (VA), ce qui réduit les coûts énergétiques et minimise la génération de chaleur, améliorant l'efficacité globale du système.

Applications industrielles

Les électrovannes hydrauliques sont utilisées dans une large gamme d'applications de systèmes hydrauliques. Les applications courantes des électrovannes sont :

• Systèmes d'approvisionnement en eau : Pour contrôler le débit et la pression de l'eau pour une distribution efficace et la prévention des fuites.
• Systèmes de turbines : Pour réguler le fluide hydraulique, ajustant la vitesse et la puissance de sortie de la turbine pour réguler le fluide hydraulique.
• Systèmes d'alimentation en carburant/essence : Pour gérer le flux de carburant vers les moteurs, assurant une livraison sûre et efficace.
• Stations d'épuration des eaux usées : Pour contrôler le mouvement des fluides à travers les étapes de traitement pour un traitement approprié.
• Usines de fabrication : Pour automatiser la régulation du fluide hydraulique pour un fonctionnement précis des machines.
• Industrie automobile : Pour contrôler les moteurs, les freins et les pompes, améliorant les performances et la sécurité des véhicules.
• Industries aérospatiale et marine : Pour faire fonctionner des systèmes hydrauliques comme les trains d'atterrissage et la direction.
• Construction : Pour contrôler le mouvement des machines lourdes pour des tâches comme le levage et l'excavation.
• Secteurs agricoles : Pour gérer efficacement les machines pour la plantation, la récolte et l'irrigation.

FAQ

Qu'est-ce qu'une électrovanne hydraulique ?

Une électrovanne hydraulique est une vanne directionnelle contrôlée par un solénoïde utilisée dans un système hydraulique pour ouvrir, fermer ou changer la direction du fluide hydraulique.

Qu'est-ce qu'un tiroir ?

Le tiroir est un composant cylindrique à l'intérieur de la vanne qui aide à ouvrir, fermer ou changer la direction du flux dans un système hydraulique ou pneumatique.

Quelle est la fonction d'une vanne de contrôle hydraulique ?

Une vanne de contrôle hydraulique régule le débit et la pression du fluide dans un système hydraulique, dirigeant le fluide vers différentes parties du système selon les besoins.

Comment un solénoïde améliore-t-il le fonctionnement d'une pompe hydraulique ?

Il permet un contrôle rapide et précis du débit du fluide, améliorant la réactivité et l'efficacité du système hydraulique.