TP4 hydraulique : le régulateur de débit

Situation

⚠ Tu ne mets jamais le groupe en route. C'est le professeur qui le démarre, après avoir contrôlé ton montage. Avant de l'appeler, vérifie que tous les raccords sont bien serrés : les raccords du vérin, du moteur (s'il y en a un sur ton montage) et du bout des flexibles.

Au TP2 tu as réglé une vitesse avec un limiteur de débit, et le réglage tenait. Mais le vérin travaillait à vide. Aujourd'hui, on lui donne quelque chose à pousser — et on va voir que le beau réglage de 10 secondes ne vaut plus grand-chose.

Puis on le remplacera par un régulateur de débit compensé en pression, et on recommencera exactement les mêmes mesures.

Avant de toucher au banc, ouvre l'animation « Le régulateur de débit : la vitesse tient la charge ». Fais varier la molette de charge et relance la course : tu sauras ce que tu cherches à mesurer.

1. Le montage de départ

1. Groupe à l'arrêt, tiroir manœuvré pour supprimer la pression résiduelle.
2. Poser le bloc limiteur de débit unidirectionnel sur A — celui du TP2. Nettoyer le pourtour, vérifier les 4 joints toriques, serrage en croix, modéré.
3. Monter le débitmètre entre le bloc et le vérin, sur la ligne A : il lira le débit qui entre réellement dans le vérin.
4. Raccorder un manomètre sur P et un sur A.
5. Vérifier que la molette « charge sortie tige » du bloc antagoniste est desserrée à fond.
6. Vérifier que tous les raccords sont bien serrés : les raccords du vérin, du moteur (s'il y en a un sur ton montage) et du bout des flexibles, puis appeler le professeur. Tu ne démarres jamais le groupe toi-même.

1.1 Sur quelle ligne est monté le bloc, et dans quel sens freine-t-il l'huile ? (/1 pt)

2. Le réglage de référence

1. Détarer le limiteur de pression, distributeur au repos.
2. Démarrage du groupe par le professeur, puis tarage à 100 bar.
3. Molette de charge réglée sur 10 bar.
4. Régler l'ouverture du limiteur de débit pour obtenir une sortie de tige en 10 s, chronomètre en main.
5. Relever le débit affiché par le débitmètre.

2.1 Quel débit lis-tu ? Vérifie par le calcul qu'il correspond bien à la course : le piston fait 19,6 cm² et parcourt 350 mm en 10 s. (/2 pts)

3. Le réglage ne tient pas

Sans rien retoucher au réglage du bloc, refais trois courses complètes en changeant seulement la molette de charge.

3.1 Relève le temps et le débit pour chaque charge. (/2 pts)

Charge à la molette	10 bar	40 bar	70 bar
Temps de sortie de tige (s)
Débit lu (l/min)
Pression en P (bar)

3.2 Que devient la vitesse quand la charge augmente ? Explique pourquoi, en pensant à ce qui pousse l'huile à travers l'étranglement. (/2 pts)

4. Le régulateur compensé

1. Arrêt du groupe, pression résiduelle supprimée, bloc déposé et obturé.
2. Poser le régulateur de débit 2 voies compensé, joints vérifiés, serrage en croix. Faire contrôler.
3. Reprendre le même réglage de référence : 10 bar de charge, sortie en 10 s.
4. Refaire les trois mêmes courses.

4.1 Relève à nouveau le temps et le débit pour chaque charge. (/2 pts)

Charge à la molette	10 bar	40 bar	70 bar
Temps de sortie de tige (s)
Débit lu (l/min)
Pression en P (bar)

4.2 Compare tes deux tableaux. Qu'est-ce qui a changé, et qu'est-ce qui n'a pas changé ? (/1 pt)

5. Jusqu'où ça tient

Continue d'augmenter la charge, par paliers de 5 bar, jusqu'à ce que le débit se mette enfin à baisser.

5.1 À partir de quelle charge la régulation décroche-t-elle ? Quelle est alors la pression en P ? (/1 pt)

5.2 Le régulateur a besoin d'un petit écart de pression pour fonctionner. En comparant la charge de décrochage et le tarage, estime cet écart. (/1 pt)

6. Le schéma au propre

Redessine le circuit complet avec le régulateur compensé sur A, distributeur dans la position qui fait sortir la tige. Repasse en rouge les parties sous pression et en bleu celles où la pression est faible, et place le débitmètre au bon endroit. (/4 pts)

7. Autocontrôle et évaluation

Critère	Barème	Note
Blocs montés dans le bon sens, joints vérifiés, serrage en croix	/1
Propreté du démontage, composants obturés, poste propre	/1
Réglage de référence obtenu et relevés complets	/1
Respect du tarage et des règles de sécurité	/1
Total travail pratique	/4

Questions et relevés : /12 · Schéma : /4 · Travail pratique : /4 · Note finale : /20

8. Prolongement · co-intervention mathématiques

Hors TP et hors note. À traiter en cours de co-intervention avec le professeur de mathématiques.

a. Sur un même graphique, place tes deux séries de mesures : la charge en abscisse, le débit en ordonnée. Relie les points de chaque série.

b. Décris l'allure de chaque courbe avec tes mots. Laquelle est une fonction constante ?

c. Le piston a une aire de 19,6 cm². Sachant que le débit vaut $Q = S \times v$, calcule la vitesse de la tige pour un débit de 4 l/min. Donne le résultat en mm/s, puis le temps de la course de 350 mm.

d. Retrouve par le calcul le débit que devrait donner un étranglement lorsque la charge passe de 10 à 70 bar, sachant que le débit varie comme la racine carrée de l'écart de pression disponible. Compare à ta mesure.

• Blouse fermée et chaussures de sécurité.
• Le professeur seul démarre le groupe, après vérification des coupleurs et des manilles.
• Tu ne démarres jamais le groupe toi-même, même si le montage te semble fini : seul le professeur le met en route.
• Avant d'appeler le professeur, vérifie que tous les raccords sont bien serrés : sur le vérin, sur le moteur (s'il y en a un sur ton montage) et au bout des flexibles (bague verrouillée d'un quart de tour, câble de retenue accroché). Un raccord mal serré peut se désaccoupler sous pression : coup de fouet et jet d'huile.
• Tarage à 100 bar pour ce TP. C'est plus haut qu'aux TP précédents, et c'est voulu : la balance du régulateur a besoin d'une marge de pression pour travailler. Le montage est à l'admission, la chambre côté tige reste au réservoir : il n'y a pas de surpression possible comme au TP3.
• Ne jamais dépasser 100 bar au limiteur de pression. Le limiteur de sécurité plombé du banc est à 140 bar, on ne s'en approche pas.
• Jamais de démontage sous pression : groupe arrêté, puis tiroir manœuvré pour supprimer la pression résiduelle.
• Propreté absolue au démontage du bloc : nettoyer le pourtour, obturer les composants déposés.
• Huile répandue : absorbant, chiffons au bac à déchets gras.

Support : banc hydraulique SHCO V2.

• Groupe motopompe, limiteur de pression réglable, distributeur 4/3
• Vérin double effet 50 × 30, course 350, accouplé au vérin antagoniste
• Bloc limiteur de débit unidirectionnel sur A (celui du TP2)
• Bloc régulateur de débit 2 voies compensé en pression sur A
• Débitmètre avec ses flexibles, à monter entre le bloc et le vérin
• Manomètres sur P et sur A
• Chronomètre, clés Allen, joints toriques de rechange, obturateurs
• Chiffons non pelucheux, dégraissant, bac de récupération