LA DIRECTION DIFFERENTIELLE
Centre de perfectionnement FRANCIS MONNOYEUR
Codification 249–02 S
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LA DIRECTION DIFFERENTIELLE
TABLE DES MATIERES
LE TRAIN DIFFERENTIEL Principe de fonctionnement ...................................................... page 4 Schéma de principe .................................................................. page 5 Fonctionnement en ligne droite................................................. page 6 Fonctionnement en virage ........................................................ page 7 Fonctionnement en contre rotation ........................................... page 8 Exemple de réalisation ............................................................. page 9 BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N) Schéma hydraulique ............................................................... page 10 Pompe hydraulique ................................................................. page 11 Distributeurs hydraulique ........................................................ page 12 Counterbalance et moteur ...................................................... page 13 Distributeur au repos .............................................................. page 14 Distributeur en virage.............................................................. page 15 Counterbalance en ligne droite ............................................... page 16 Counterbalance en virage....................................................... page 17 Counterbalance en anti-survitesse ......................................... page 18 BOUCLE FERMEE (bulls ≥ D8 et D6N) Schéma hydraulique ............................................................... page 19 Pompe de direction................................................................. page 20 Commande de direction.......................................................... page 21 Moteur de direction et valve de balayage ...............................Page 22
Rédigé par : Stéphane MANCEL
Vérifié par : François DEQUENNE
CPFM
Référence document : 249 S
Approuvé par :
Version : 02
Page : 3
LE TRAIN DIFFERENTIEL
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Principe de fonctionnement
Les bulls équipés de direction différentielle n'ont pas d'embrayages de direction, mais sont équipés d'un ensemble de trains planétaires, d'un moteur de direction et d'un levier de contrôle de la direction. L'ensemble de trains planétaires a 2 entrées de mouvement : La principale, en provenance de la transmission (marche avant ou marche arrière) Une seconde en provenance du moteur hydraulique de direction, qui permet de faire tourner la machine sur la gauche ou sur la droite, voire éventuellement en contre-rotation. Le principe de la direction différentielle consiste à utiliser un moteur hydraulique à 2 sens de rotation pour augmenter la vitesse d'une chaîne et de diminuer d'autant la vitesse de l'autre chaîne. Le moteur hydraulique est alimenté par la pompe d'équipement et un distributeur à 3 positions. La différence de vitesses entre les 2 chaînes permet de faire tourner la machine.
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LE TRAIN DIFFERENTIEL
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Schéma de principe
4
1
3
6
5
1. Pignon conique sortie B.V 2. Train planétaire de transmission 3. Arbre de liaison 4. Pignon conique de direction 5. Train planétaire de direction 6. Arbre de transmission vers réducteur gauche 7. Train planétaire d’équilibrage 8. Arbre de transmission vers réducteur droit
2
8
7
Le pignon conique (1) de sortie de la boite de vitesses entraîne le porte satellites du train planétaire de transmission (2). La couronne du train planétaire de transmission (2) est solidaire du porte satellites du train planétaire de direction (5) et de l'arbre d'entraînement du réducteur gauche (6). La couronne du train planétaire de direction (5) est en prise avec le pignon du moteur hydraulique (4). Un arbre de liaison (3) relie les planétaires des trains de direction (5), de transmission (2) et d'équilibrage (7). Le train planétaire d'équilibrage (7) compense l'effet de démultiplication des trains planétaires de transmission (2) et de direction (5). Lorsque le moteur hydraulique de direction est à l'arrêt, les réducteurs gauche et droit tournent à la même vitesse.
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5
LE TRAIN DIFFERENTIEL
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Fonctionnement en ligne droite
4
1
3
6
5
Le moteur hydraulique de direction ne tourne pas
2
8
7
Le moteur hydraulique est à l'arrêt, verrouillé hydrauliquement par le distributeur. Le pignon conique de direction (4) ainsi que la couronne du planétaire de direction sont donc immobilisés. Le pignon conique de sortie B.V est seul à fournir un mouvement au système.
Le mouvement est reparti
Les satellites du train planétaire de transmission (2) répartissent le mouvement entre son planétaire lié à l'arbre de liaison (3) et sa couronne liée à l'arbre de transmission vers le réducteur gauche (6). l’arbre de liaison (3) tournant plus vite que l’arbre d'entraînement vers le réducteur gauche (6), le mouvement vers l’arbre de transmission du réducteur droit (6) passe par une réduction, le train planétaire d’équilibrage (7).
Les arbres de sortie gauche et droit tournent à la même vitesse
Les arbres de sortie gauche et droit tournent à la même vitesse.
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6
LE TRAIN DIFFERENTIEL
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Fonctionnement en virage
4
1
3
6
5
Combinaison de mouvement
2
8
7
Pendant un virage, il y a combinaison de mouvement entre les trains planétaires de transmission (2) et de direction (5). La mise en rotation du moteur hydraulique fait tourner la couronne du train planétaire de direction (5).
vitesses des chaînes modifiées
Suivant le sens de rotation du moteur hydraulique de direction , la vitesse de rotation de l'arbre de transmission vers le réducteur gauche (6) est accélérée ou réduite. Cette modification influence la vitesse de rotation de l'arbre de liaison (3).
vitesse moyenne constante
La vitesse perdue sur une réduction finale est récupérée par l'autre. La vitesse moyenne du bull reste toujours la même.
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7
LE TRAIN DIFFERENTIEL
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Fonctionnement en contre rotation
5
2
6
7
1
3 8
4
boîte au neutre
La contre rotation est réalisée lorsque la boite de vitesses est au neutre.
moteur hydraulique uniquement
La mise en service du moteur hydraulique (4) fait tourner la couronne du train planétaire de direction (5). Le porte satellites du train planétaire de direction (5) entraîne la couronne du train planétaire de transmission (2). Le porte satellite du train planétaire de transmission (2) est fixe. Son planétaire est entraîné en sens inverse de sa couronne.
même vitesse sens opposés
Les arbres d'entraînement (6) et (8) des réducteurs tournent à la même vitesse mais en sens opposés. Si les conditions d'adhérence sont identiques sur les 2 bandes de roulement, le bull tourne autour d'un axe situé au centre de la machine.
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LE TRAIN DIFFERENTIEL
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Exemple de réalisation
Cette illustration, correspond à un D8R2.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Schéma hydraulique
pompe L.S à cylindrée variable direction prioritaire moteur de direction
Cette illustration présente le circuit hydraulique d'un bull série R à direction différentielle. Une pompe à cylindrée variable du type L.S permet d’alimenter à la fois le circuit de direction ainsi que l'hydraulique d'équipement de la machine. Le circuit de direction est prioritaire. Lors d’un virage, le distributeur de direction envoie le débit d'huile en direction de la counterbalance valve et du moteur de direction. Les retours au réservoir de l'hydraulique sont réalisés au travers du filtre. Un bypass thermique permet à l'hydraulique d'équipement de retourner directement au réservoir sans passer par le réfrigérant dans le cas où l'hydraulique n'a pas atteint une température de fonctionnement suffisante. Un signal L.S peut être généré par chacun des distributeurs. Si plusieurs équipements sont commandés simultanément, un système de bille navette permet d'envoyer le signal le plus fort dans la ligne signal. Un limiteur de pression principal est situé à l'entrée du bloc distributeur. Remarque : Le circuit de commande de direction des bulls ≥ D8R est à boucle hydrostatique. Une présentation de celui-ci figure à la fin de ce document.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Pompe hydraulique
2
1
1. pompe à cylindrée variable
Une pompe à cylindrée variable du type L.S permet d'alimenter à la fois le circuit de direction mais aussi, le levage et l'inclinaison de lame ainsi que la commande du ripper.
2. régulateur
Le régulateur permet de contrôler la cylindrée de pompe.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Distributeurs hydraulique
NT AVA
7 6 5 2 4 3 1
L'ensemble de distributeurs peut varier en fonction de la configuration de la machine. Sur l'illustration ci-dessus, il comprend: •un bloc d'entrée (1) •un limiteur principal (2) •un distributeur de direction (3) •un distributeur de levage (4) •un distributeur d'inclinaison de lame (5) •un distributeur de commande du ripper (6) •un bloc de sortie (7) Le réglage du limiteur de pression principal est supérieur au réglage du seuil de coupure de la pompe. Il n'entre en fonctionnement que pour effacer les éventuels pics de pression. La commande du distributeur de direction est réalisée mécaniquement.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Counterbalance et moteur
2
1
1. Counterbalance valve
Lorsque l'opérateur déplace le levier de direction, le distributeur de direction envoie le débit d'huile à la counterbalance valve (1). La counterbalance valve est la valve anti-survitesse du moteur de direction.
2. Moteur de direction
Le moteur de direction entraîne le mécanisme de direction.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Distributeur au repos
Distributeur au repos
Le distributeur de direction a 3 positions, virage à gauche, à droite et repos. Sur cette illustration, le distributeur est au repos.
mise en route du moteur
Moteur à l'arrêt, le ressort à l'arrière de la priority flow control valve (valve de priorité) la maintient sur la gauche. Au démarrage du moteur, la pompe fait parvenir le débit à la valve de priorité. L'hydraulique traverse des orifices à l'extrême gauche de la valve, ouvre la load check valve pour venir se faire ressentir au niveau du main control spool (tiroir distributeur).
valve de priorité se déplace vers la droite
L'augmentation de la pression dans la chambre située sur la gauche de la valve de priorité s'oppose à la force du ressort. Le déplacement vers la droite de la valve de priorité permet d'ouvrir le passage vers les autres distributeurs.
direction alimentée en priorité
La valve de priorité permet d'alimenter en débit et pression le circuit de direction avant les autres équipements. La conception de la valve permet toutefois toujours à un peu de débit d'alimenter les autres équipements.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Distributeur en virage
Sur cette illustration, le distributeur est en position pour virer à gauche. Le déplacement du tiroir permet à l'hydraulique d'alimenter le circuit de direction.
tiroir déplacé perçages dans le tiroir load check valve
La pression signal se fait ressentir grâce à un perçage axial et des perçages radiaux dans le tiroir. Au repos ce signal est d'environ 3.5 bars. Lors du déplacement du tiroir, c'est la pression de travail qui se fait ressentir. La pression signal parvient à la pompe après avoir traversé les sélecteurs de circuit. La load check valve reste fermée tant que la pression d'alimentation reste inférieure à la pression d'utilisation.
la pression signal renforce le ressort du tiroir de priorité
La pression signal vient également renforcer le ressort de la valve de priorité. Ainsi le débit disponible pour les autres circuits est limité par le déplacement du tiroir vers la gauche.
balance de pression
Lorsque le débit nécessaire au circuit de direction est atteint, la pression sur la gauche de la valve de priorité augmente, ce qui ramène la valve vers la droite. La valve travaille alors en « balance de pression ». La pression différentielle est fonction du tarage du ressort.
vitesse constante Pour une même position du levier de direction, la vitesse de rotation du moteur de direction est constante quel que soit la charge du moteur.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Counterbalance en ligne droite
counterbalance centrée
moteur bloqué en position
éventuels pics de pression éliminés
Sur cette illustration, la counterbalance valve (valve anti survitesse) ainsi que le moteur de direction sont représentés en LIGNE DROITE. Dans ce cas, le tiroir situé dans le distributeur de direction bloque l'huile dans le circuit de direction. La counterbalance valve reste centrée et le moteur de direction est hydrauliquement bloqué. En translation ligne droite, des forces externes viennent se faire ressentir sur le train planétaire de direction. Ces forces cherchent à faire tourner le moteur de direction. La counterbalance étant fermée, ces forces génèrent des pics de pression dans l'une des lignes située entre le moteur et la counterbalance valve. En cas de pics de pression importants (environ 420 bars), la crossover relief valve de la boucle concernée s'ouvre (action sur la surface annulaire). Le volume libéré va compenser le volume manquant dans la boucle opposée (par l’ouverture du poppet).
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Counterbalance en virage
alimentation de la counterbalance
check valve s’ouvre chambre du ressort pleine alimentation du moteur montée de pression au retour déplacement du tiroir vers la gauche
Sur cette illustration, la counterbalance valve (valve anti survitesse) ainsi que le moteur de direction sont représentés en VIRAGE A DROITE. Dans cette situation, le distributeur de direction envoie l’huile vers la counterbalance valve. L’huile remplit alors la cavité située dans la partie droite du tiroir de la counterbalance. Cette huile ouvre la check valve située dans le tiroir. Simultanément, l’huile traverse un petit orifice pour venir se faire ressentir à la droite du tiroir, dans la chambre du ressort. Le tiroir se déplace vers la gauche. L’huile alimente le moteur hydraulique de direction. L’huile en retour du moteur s'écoule autour de la crossover relief valve de gauche vers le tiroir de la counterbalance où elle se retrouve temporairement bloquée. Ce blocage engendre rapidement une augmentation de pression dans la boucle d’alimentation. Lorsque la pression d'alimentation atteint environ 70 bars, le tiroir se déplace vers la gauche et découvre les petits orifices à la droite de la check valve de gauche, permettant ainsi le retour de l'huile vers le distributeur.
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BOUCLE OUVERTE (bulls ≤ D7 sauf D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Counterbalance en anti-survitesse
risque de survitesse pression d’alimentation chute tiroir se recentre retour freiné l’huile au retour repart à l’alimentation via la crossover
Certaines conditions d'utilisation telles que l'utilisation de la direction dans un dévers, peuvent entraîner une survitesse du moteur de direction. Ces survitesses peuvent générer de la cavitation ainsi qu'une perte de contrôle de la machine par l’opérateur. La counterbalance valve (valve anti survitesse) supprime ce risque. En cas de début de survitesse, la pression d'alimentation ainsi que la pression agissant dans la chambre du ressort située à la droite du tiroir diminuent. Lorsque la pression d'alimentation devient inférieure à 70 bars, le tiroir se recentre (de la gauche vers la droite) et bloque le débit en retour du moteur. La montée en pression dans le retour du moteur de direction permet de limiter sa vitesse. Lorsque la pression dans la ligne de retour devient supérieure à 420 bars, la crossover relief valve de gauche s'ouvre et renvoie directement l’huile vers l’alimentation du moteur afin d’éviter la cavitation du moteur. En cas d’importante survitesse, la makeup située sur le distributeur de direction s’ouvre également afin de fournir de l'huile à la boucle d'alimentation.
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BOUCLE FERMEE (Bulls ≥ D8 et D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Schéma hydraulique
D6N
Cette illustration présente le circuit hydraulique de direction d'un bull D6N à boucle hydrostatique fermée.
Direction au repos
Le plateau de la pompe de direction à cylindrée variable est à zéro lorsque la direction est au repos. Afin de commander la direction, l'opérateur agit sur une commande hydraulique de pilotage (steering pilot valve). La pression de pilotage vient piloter le "pump control spool" de la pompe de direction. La position du plateau de pompe peut alors changer afin de générer un débit plus ou moins important. Le débit peut être généré dans un sens ou dans l'autre.
Commande hydraulique
Valve de balayage
Le moteur de direction comporte une valve de balayage (flushing valve) qui permet le renouvellement de l'huile dans la boucle hydrostatique.
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BOUCLE FERMEE (Bulls ≥ D8 et D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Pompe de direction
La pompe de direction comprend, la pompe de gavage (charge pump), Les limiteurs haute pression avec compensations (crossover relief valve), le limiteur de pression de gavage (charge relief pressure valve) et la valve de coupure (pressure compensator valve ou P.O.R). Pompe de gavage
La pompe de gavage fournit l'huile aux valves de compensations (makeup) de la boucle fermée.
Limiteurs H.P
Les limiteurs haute pression avec compensations, sont destinés à absorber les pointes de pression. De par leur taille les limiteurs ne sont pas capables d'absorber tout le débit de la pompe. La fonction "compensation" permet de renouveler l'huile de la boucle et de combler les fuites du circuit.
Limiteur pression de gavage
Le limiteur de pression de gavage met en communication le débit de la pompe de gavage au réservoir, lorsque la pression de gavage est atteinte.
Valve de coupure
La valve de coupure met à la vidange la ligne d'alimentation de la servocommande (pump control valve) lorsque la pression dans l'une des branches de la boucle fermée atteint la pression maximum.
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BOUCLE FERMEE (Bulls ≥ D8 et D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Commande de direction
Localisation
Le distributeur de pilotage est placé à gauche en dessous du levier de commande de direction.
Fonctionnement
Le distributeur de pilotage est constitué de 2 tiroirs actionnés manuellement par un levier (4) est les poussoirs (5) et (6). Les 2 tiroirs agissent en réduction de pression, ils sont alimentés par l'huile de la pompe de gavage en (16). L'huile sortant soit par l'orifice (17) soit par l'orifice (18) commande le servo-piston de la pompe de direction.
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BOUCLE FERMEE (Bulls ≥ D8 et D6N)
LA DIRECTION DIFFERENTIELLE Moteur de direction et valve de balayage
FLUSHING VALVE
Moteur
Le moteur est à axe brisé à cylindrée fixe. Il est situé sous le planché de cabine.
Valve de balayage
Une valve de balayage (flushing valve) est incorporée dans la glace de distribution. La valve de balayage est pilotée par la haute pression, soit à gauche, soit à droite suivant le sens de rotation. Sa fonction est de prélever de l'huile de la boucle afin de la renouveler afin d'éviter les montées excessives en température.
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