Le réducteur de débit unidirectionnel

Le composant

Un réducteur de débit unidirectionnel, c’est deux chemins en parallèle dans un même bloc :

• un étranglement réglable, une sorte de robinet qu’une molette ouvre ou ferme ;
• un clapet anti-retour monté à côté.

Dans un sens, le clapet est poussé sur son siège : l’huile n’a pas le choix, elle passe par l’étranglement, et le débit — donc la vitesse — se règle à la molette. Dans l’autre sens, la pression soulève le clapet et l’huile revient librement, sans être freinée.

C’est pour cela qu’on en monte deux, un par ligne : chacun freine dans son sens, et les deux réglages sont indépendants. On peut avoir 50 tr/min dans un sens et 100 dans l’autre.

Le symbole

Sur un schéma, le réducteur de débit unidirectionnel se reconnaît à son cadre en pointillés qui regroupe deux chemins en parallèle :

• l'étranglement réglable : deux petits arcs face à face, coupés en biais par une flèche (la flèche dit qu'il se règle) ;
• le clapet anti-retour : une bille sur son siège, qui n'ouvre le passage que dans un sens.

Le moteur hydraulique est un cercle avec deux triangles pleins dont les pointes vont vers le centre : l'huile peut y entrer par les deux côtés, il tourne dans les deux sens. Un moteur de pompe, lui, a un seul triangle, pointé vers l'extérieur.

Le sens de montage

Un bloc posé à l’envers freine le retour au lieu de l’admission. Le circuit fonctionne quand même, le réglage semble marcher… mais les pressions dans les chambres n’ont plus rien à voir, et la sécurité non plus.

On vérifie donc toujours d’où arrive l’huile avant de conclure : sur un empilement CETOP, elle descend du distributeur vers le bloc. Les détrompeurs, l’étiquette et le sens des clapets doivent être cohérents avec ce trajet.

Et un module d’empilement se démonte proprement : circuit à l’arrêt et sans pression résiduelle, pourtour nettoyé, 4 joints toriques vérifiés, vis serrées en croix et modérément, composants déposés obturés. Une poussière rentrée dans le bloc ira rayer un tiroir plus loin dans le circuit.

La propreté, une question de sécurité

En hydraulique, la propreté n'est pas qu'une affaire de qualité, elle protège les personnes. Les pièces qui règlent le circuit (tiroirs, clapets, limiteur) sont ajustées à quelques micromètres. Une poussière ou un copeau peut :

• coincer un tiroir : le distributeur ne revient plus au centre, le vérin ou le moteur continue de bouger alors qu'on n'a rien commandé ;
• bloquer le limiteur fermé : la sécurité ne fonctionne plus et la pression monte au-delà de ce que le circuit supporte ;
• rayer un siège ou un joint : l'huile fuit, parfois en jet fin sous pression.

Une pièce qui bouge sans commande, une pression sans limite, un jet d'huile : ce sont les risques du savoir S4.2, Travailler en sécurité sur un circuit hydraulique. C'est pour cela qu'on nettoie avant d'ouvrir et qu'on obture tout ce qu'on dépose.

Du débit à la vitesse du moteur

Un moteur hydraulique tourne à la vitesse que lui impose le débit qu'il reçoit. Sa cylindrée est le volume qu'il faut lui donner pour un tour : ici 100 cm³ par tour.

N = Q × 1 000 ÷ cylindrée, avec Q en L/min, la cylindrée en cm³/tour et N en tr/min.

Débit reçu	Vitesse du moteur
3 L/min	3 000 ÷ 100 = 30 tr/min
5 L/min	5 000 ÷ 100 = 50 tr/min
10 L/min	10 000 ÷ 100 = 100 tr/min

Deux vitesses différentes ne demandent donc pas deux débits de pompe différents : la pompe débite toujours 27 L/min. C'est chaque réducteur qui décide de la part que le moteur reçoit, dans son sens. Tout ce que le moteur ne prend pas repart au réservoir par le limiteur (voir « Où passe l'énergie »).

Ce qu'on lit aux trois manomètres

Le banc a trois manomètres : sur la ligne P (la pompe), sur la ligne A et sur la ligne B. Selon le sens choisi, l'une des lignes A ou B est l'amont du moteur (l'huile y entre), l'autre est l'aval (elle en sort).

Manomètre	Ce qu'il montre	Ce qu'on observe
Pompe (P)	La pression que le limiteur maintient	Collée au tarage (90 bar) pendant tout le réglage : l'étranglement empêche tout le débit de passer, le limiteur déverse en continu. Elle ne change pas quand on change la vitesse.
Amont du moteur	La pression qu'il faut pour faire tourner le moteur contre sa charge	Faible à vide (quelques bar : les frottements). Elle monte quand on serre le frein.
Aval du moteur	La pression de retour vers le réservoir	Faible (quelques bar), presque constante.

Deux différences de pression à savoir lire :

• Amont − aval : la différence aux bornes du moteur. C'est elle qui crée son couple.
• Pompe − amont : la différence aux bornes de l'étranglement (Δp). C'est celle de la formule Q = k · S · √Δp. À vide, elle est grande (environ 90 − 7 = 83 bar). Quand on serre le frein, l'amont monte, donc cette différence diminue et le moteur ralentit.

Ce que dit la physique

Le débit qui traverse un étranglement ne dépend pas que de son ouverture : il dépend aussi de la différence de pression entre l’entrée et la sortie.

Q = k · S · √Δp

Deux conséquences que l’on voit tout de suite au banc :

• On serre le frein du récepteur : la pression en amont monte, donc Δp aux bornes de l’étranglement diminue, donc le débit tombe et le récepteur ralentit — sans qu’on ait touché au réglage. Un réglage par simple étranglement n’est donc pas stable en charge. C’est la raison d’être du régulateur de débit, qui compense automatiquement.
• Plus on ferme, plus la pression pompe reste collée au tarage du limiteur.

Où passe l’énergie

C’est le point qu’il faut avoir compris en sortant du TP. La pompe à cylindrée fixe débite 27 L/min quoi qu’il arrive. Si le moteur n’en prend que 3, les 24 autres repartent au réservoir par le limiteur de pression, sous 90 bar.

Puissance fournie : p × Q / 600 = 90 × 27 / 600 ≈ 4 kW. Puissance réellement utile au moteur : souvent moins de 0,5 kW. Tout le reste devient de la chaleur dans l’huile — au limiteur, et dans l’étranglement lui-même.

Régler une vitesse par étranglement est donc simple, robuste et bon marché, mais énergétiquement mauvais. Sur une machine qui tourne toute la journée, on utilise plutôt une pompe à cylindrée variable ou un variateur, qui ne produisent que le débit nécessaire.

Dessiner le schéma du TP2

On reprend les règles du savoir S2.4, Dessiner le schéma d'un circuit, avec deux nouveautés : le réducteur sur chaque ligne et le moteur hydraulique à la place du vérin.

• Position croisé : P est relié à B, A est relié à T.
• Le réducteur d'admission est celui de la ligne où l'huile arrive : le clapet y est fermé, l'huile passe par l'étranglement. Sur l'autre ligne, l'huile revient : elle soulève le clapet et passe librement.
• Rouge : la ligne de la pompe (P, limiteur, manomètre), puis la ligne d'admission jusqu'au moteur. Bleu : la ligne de retour par le clapet, T, et l'aspiration de la pompe.

L'animation montre ces couleurs, position par position.