les directions et trains roulants directeurs des matériels

-Lycée des métiers de Neuvic- Cours d’hydraulique de 1ère BAC PRO MM (JB ANDRAUD)

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Mise en situation :

Fonction globale d’un train roulant directeur :

Les directions et trains roulants directeurs des matériels

Maîtriser la trajectoire du matériel

Position initiale du matériel en

translation

Action du conducteur

Train roulant directeur

Position finale du matériel

souhaitée

Nature du terrain(Energie hydraulique pour directions assistées et hydrostatiques)Réglages

La maîtrise de la trajectoire, fonction assuré par le train roulant directeur doit être capable d’assurer maniabilité du matériel tout en résistant aux charges importantes et aux irrégularités du terrain. Ce dossier ne traite pas des systèmes de suspension.



OuverturePincement

1) Positionnement des roues par rapport au châssis.

En ligne droite, les roues d’un véhicule doivent être parallèles entre elles :

Lorsque le véhicule se déplace, les roues subissent des efforts résistants qui déforment les éléments de liaison entre la bande de roulement du pneumatique et le châssis.

Ces déformations modifient la position des roues par rapport au châssis.

Pour que les roues soient parallèles lors du déplacement du véhicule, il faut compenser les déformations en donnant de l’ouverture ou du pincement aux roues lorsque le véhicule est statique.

Le parallélisme est une caractéristique

toujours réglable sur les véhicules.

(Les valeurs de réglage sont généralement

fournies par les constructeurs en valeur

de distance ou encore en valeur angulaire.)

Exemple de consigne de réglage du

parallélisme sur un engin.



2) Positionnement des roues en virage, épure de JEANTEAUD.

Centre instantané de rotation (C.IR.)

Dans l’épure de JEANTAUD, les prolongements des leviers de direction recoupent l’essieu

arrière en son milieu……

Afin d’éviter les ripages des pneus dans un virage, les quatre roues doivent pivoter autour d’un même point, le centre instantané de rotation.

Il faudra donc que la roue intérieure au virage braque plus que la roue extérieure. Ceci est obtenu par l’orientation particulière des leviers de direction appelée EPURE DE JEANTAUD

Etant donné la dérive des pneumatiques (la bande de roulement du pneumatique ne suit pas la trajectoire correspondant à la position de la jante), le C.I.R. se situe soit à l’avant de l’axe des roues arrière (véhicule sur vireur), soit à l’arrière de ce même axe (véhicule sous vireur).

En modifiant légèrement l’épure de JEANTAU, les constructeurs font en sorte que le véhicule soit toujours sous vireur (conduite plus facile).

Le gonflage et la taille des pneumatiques ont une incidence sur le comportement du véhicule en virage.



3) Positionnement d’une roue directrice par rapport au châssis.

a) Le déport latéral.

C’est la distance entre l’axe de pivot et le plan de la roue le véhicule étant vu de face. Un déport trop important entraîne :

Une fatigue importante de la fusée et des roulements. Une tendance à faire ouvrir les roues en roulant. Une instabilité de la direction en terrain difficile.

Pour réduire les incidences du déport latéral (instabilité de direction, tendance à faire ouvrir les roues, fatigue importante de la fusée et des roues), les constructeurs de véhicules ont pour souci de le limiter, c’est d’autant plus vrai pour les engins agricoles, de T.P. et plus généralement sur tous les véhicules tous terrains.

Plan de la roue

Déport

Axe de pivot



b) L’angle de pivot (contribue à la réduction du déport latéral).

C’est l’angle formé par l’axe de pivotement de la roue et la verticale. Il permet de réduire le déport latéral et même de le rendre négatif dans certains cas. Cet angle provoque l’inclinaison des roues lors d’un braquage, favorisant ce dernier.

Remarque : L’angle de pivot a pour effet de faire soulever légèrement la caisse dans un

virage, il favorisera par conséquent le redressage des roues après le virage.Avantage : L’angle de pivot favorise le rappel des roues en position ligne droite après un virage. Inconvénients :L’angle de pivot rend la direction dure (soulèvement de la caisse).



c) L’angle de carrossage (contribue à la réduction du déport latéral).

d) L’angle de chasse

C’est l’angle formé par l’axe de rotation de la roue et l’horizontale. Cet angle permet de réduire le déport latéral et favorise le guidage du véhicule.

C’est l’angle qui est formé par l’axe de pivotement de la roue et la verticale dans le plan d’avancement du véhicule. Il provoque l’inclinaison des roues en virage, diminuant ainsi le rayon de braquage. Il permet le rappel en ligne droite du véhicule.

L’angle de carrossage peut être positif Dans ce cas : Il stabilise la direction. Il rapporte la charge sur le roulement intérieur (le plus gros).

L’angle de carrossage peut être négatif Dans ce cas : Il y a élargissement de la voie. Le centre de gravité est abaissé. On a une opposition au renversement en virage.

Avant du

véhicule



4) La direction mécanique.

Les caractéristiques de ce type de direction très simple est qu’elle est très réactives aux chocs du terrain, ainsi le conducteur doit parfaitement tenir le volant, la maniabilité est épuisante. De plus, cette direction est difficile à manœuvrer à l’arrêt.

Différents systèmes de boitiers de direction mécanique :

Nomenclature :

1 : Volant2 : Colonne de direction3 : Boîtier de direction4 : Bielle pendante5 : Barre de direction6 : Biellette de renvoi7 : Biellette de direction8 : Moyeu de roue9 : Roue10 : Barre d’accouplement11 : Poutre de l’essieu avant



Réglage du boitier de direction à vis sans fin globique et galet globique :

Il est important de remarquer que le système à vis sans fin globique et galet globique est le plus courant.

La remise en état du boitier passe par deux réglages :1) Précharge des roulements de la vis sans fin (cales 5)

2) Réglage du jeu vis/galet (vis 1 et contre écrou 2)



5) La direction mécanique assistée.

Certains automoteurs de travaux publics (chargeuses, tombereaux…..), ou agricoles (tracteurs) sont parfois équipés de directions mécaniques assistées, que l’on retrouve également fréquemment en poids lourds et en automobile.Sur ce type de direction, la liaison entre le volant et les roues est mécanique, un dispositif d’assistance hydraulique aide le conducteur dans les manœuvres en limitant les efforts de ce dernier sur le volant.

Pour réaliser les directions mécaniques assistées, il existe différentes solutions technologiques, qui fonctionnent toutes suivant le même principe dont voici un exemple simplifié (ensemble vérin-distributeur commandé par un boitier mécanique) :

a) Nécessité de la direction mécanique assistée.

L’assistance de direction pour limiter le couple de rotation exercé par l’opérateur sur le volant est nécessaire :

-Pour des véhicules lourds (dont le poids crée des efforts importants sur le train directeur).


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-Pour des véhicules devant effectuer des manœuvres fréquentes, même à l’arrêt.-Pour davantage de confort et se concentrer sur les autres commandes.

Ainsi, la direction mécanique assistée offre une conduite plus aisée du véhicule :

-Moins de fatigue pour le conducteur.-Meilleure concentration sur la conduite.-Manœuvres facilitées et plus rapides.

De plus, la direction mécanique assistée est sécurisante ; en effet, même en cas de défaillance du circuit hydraulique (rupture de canalisation, manque d’huile…..), la direction du véhicule reste assurée de la même manière qu’une direction mécanique classique, étant donné qu’il y a une liaison mécanique entre le volant et les roues. Ceci est très important pour des véhicules circulant à grandes vitesses.

Ainsi, les directions mécaniques assistées rencontrées sur les matériels ressemblent fortement aux directions existant dans les domaines de véhicules industriels.

Les matériels nécessitant des directions mécaniques assistées sont ceux qui se déplacent à vitesse élevée tels les tombereaux et dumpers, les chargeuses et d’autres tel le tracteur agricole JCB FASTRAC……



b) Exemple de boitier de direction mécanique assistée :

Pas d’action sur le volant (phase neutre).

1 Réservoir 2 Conduite d’aspiration 3 Pompe Hydraulique 4 Conduite d’alimentation Haute Pression 5 Boîtier de direction 6 Conduite de retour 7 Filtre

A CorpsB Ecrou-piston à crémaillèreC Arbre d’entrée /distributeur rotatifD Arbre à secteur dentéE Vis sans fin à circulation de billesF Limiteurs de braquageG Arbre de torsion

P



Virage à droite.

Virage à gauche.

T



c) Exemple de direction mécanique assistée (vérin-distributeur) :

Pas d’action sur le volant (phase neutre).



Action sur le volant en virage à droite.



Action sur le volant en virage à gauche.



6) La direction hydrostatique.

a) Principe de la direction hydrostatique:

Une direction hydrostatique est alimentée par un générateur d’énergie hydraulique, c’est une direction qui est asservie ; le braquage des roues est proportionnel à la rotation du volant, donc la position des roues est en concordance avec celle du volant……

Dans ce type de direction, il n’existe pas de liaison mécanique entre le volant et les roues, contrairement à la direction assistée, ce type de direction se limite donc aux matériels qui évoluent à des vitesses maximales de 40 km/h, étant donné qu’en cas de rupture d’un composant hydraulique, la direction n’est plus du tout assurée.

Il existe plusieurs constructeurs de boîtier de direction tel ZF, EATON, le plus connu étant DANFOSS avec le boîtier Orbitrol (boitier étudié ici).

Cependant, sur chaque boitier, on retrouve toujours les mêmes principes de fonctionnement.

Architecture d’une direction hydrostatique :



b) Description du boitier de direction hydrostatique DANFOSS.

Un boîtier de direction se décompose en deux ensembles principaux, le distributeur entraîné en rotation par le volant et la pompe de dosage (qui est en réalité un moteur hydraulique). Une liaison élastique relie le distributeur avec la pompe de dosage.

1 Colonne de direction, elle est manœuvrée par le conducteur.

2 Ressorts de centrage à lamelles, ils assurent une liaison élastique entre colonne

3 Carter, il reçoit les quatre orifices P, T, R et L.

4 Clapet anti-retour, il permet le fonctionnement manuel suite à un manque de débit de la pompe de service.

5 Tambour de sélection, il constitue le tiroir du distributeur.

6 Manchon d’alimentation, il constitue le corps (tournant) du distributeur.

7 Arbre à cardan, il assure l’entraînement du rotor de la pompe de dosage.

8 Bague à denture intérieure, elle constitue la partie fixe de la pompe de dosage.

9 Rotor à denture extérieure, il constitue la partie tournante de la pompe de dosage.

(Une goupille, non repérée ici, limite le décalage angulaire permis par les ressorts entre le manchon d’alimentation et l’arbre à cardan)



c) Fonctionnement du boitier de direction hydrostatique DANFOSS. :

Le mouvement de la colonne de direction entraîne le tambour de sélection, le manchon d’alimentation reste immobile car la liaison élastique permet le décalage angulaire.

Le mouvement relatif entre ces deux éléments provoque ;- la fermeture progressive du passage P vers T,- l’ouverture progressive du passage P vers l’alimentation de la pompe de dosage- l’ouverture progressive du refoulement de la pompe de dosage vers le vérin de direction,- l’ouverture progressive du passage retour vérin vers T.

Un mouvement lent de la colonne de direction laisse travailler l’accouplement élastique.

Un mouvement rapide de la colonne de direction sollicite fortement l’accouplement élastique, la goupille limite le décalage angulaire entre le tambour de sélection et le manchon d’alimentation.

Le mouvement de la colonne de direction entretien le décalage angulaire entre le tambour de sélection et le manchon d’alimentation.

L’arrêt du mouvement permet le centrage du tambour de sélection avec le manchon d’alimentation par l’action des ressorts, soit la remise au neutre du distributeur et l’arrêt de la direction.

Direction hydrostatique au neutre

Direction hydrostatiqueen virage à gauche



d) Eclaté de pièces du boitier de direction hydrostatique DANFOSS :



e) Particularités des boitiers:

Identification des orifices du boitier sur la plaque:

Les différentes versions de boitiers :

P= Entrée pressionT= Retour au bacR= Sortie droite (Right)L= Sortie gauche (Left)LS= Détection de charge pour les circuits de type « Load Sensing »

Réaction: Les dispositifs type réaction permettent aux forces extérieures agissant sur les roues de se propager jusqu’à la pompe de dosage et d’entraîner le volant en rotation lorsque le dispositif de direction est en position neutre.

Non réaction: évite le problème du système réaction.Centre ouvert: Les dispositifs à centre ouvert autorisent la circulation libre du

fluide entre la pompe et le réservoir en position neutre (le distributeur est à centre ouvert).

Centre fermé: Les dispositifs à centre fermé ne permettent pas la circulation entre la pompe et le réservoir en position neutre (le distributeur est à centre fermé).



Boitier de direction «LS »

Le Bloc de sécurité:Il est constitué:-D’une soupape de décharge (A) qui limite la pression maximale

dans l’orbitrol, elle est montée en dérivation avec le retour du réservoir-De valves antichocs (B) qui protègent contre les surpressions

éventuelles appliquées sur le vérin et les flexibles.-D’un clapet anti retour (2) qui isolent le système en cas de fuites en

amont et garantit en même temps l’alimentation en circuit fermé le circuitDans certains cas cependant, la soupape de décharge et les clapets

antichocs se trouvent dans le boitier de l’orbitrol.

Les circuits hydrauliques de type « Load Sensing » sont équipés de boitiers de direction spéciaux avec orifice de signal de charge relié à la « ligne LS » du circuit.



f) Boitiers de direction ORBITROL en fonctionnement:

-Boitier centre ouvert et non-réaction :



-Boitier centre ouvert et réaction :



g) Interventions sur les boitiers de direction.

Démontage :

Calage du boitier :

Réglage de la soupape de décharge des clapets antichocs :

Diagnostic du boitier :

Procédure de contrôle du boitier de direction (pour un tracteur VALTRA N92)

Si malgré tout un boîtier est reconditionné, un calage interne est à respecter.

Le calage du boîtier DANFOSS se fait en alignant la rainure des ressorts avec deux entre dents du rotor à denture extérieure.

Un mauvais remontage peut provoquer la rotation du volant de direction lors de la mise en fonctionnement du moteur ou après avoir amorcé la rotation du volant.

Les pressions d’ouverture des clapets antichocs des sorties 2 (L et R) se règlent en B.

Pour lire chacune de ces deux pressions, il suffit d’alimenter la sortie considérée de l’ORBITROL (L ou R) au moyen d’une pompe à tarer les injecteurs 1.

La pression d’ouverture de la soupape de décharge se règle en A.

Pour lire cette pression, il suffit de placer un manomètre en dérivation à l’entrée P de l’ORBITROL et de braquer au maximum dans un sens, tout en maintenant le volant en butée.

-Amener l’huile du circuit de direction à température de fonctionnement (55 à 65°C).-Faire tourner le moteur à 1500 tr/min.-Tourner le volant en butée en lui maintenant un couple de 25 N.m.-Si le volant tourne au-delà de 4 tour/min, la fuite interne du boitier de direction est considérée comme trop importante (attention cependant à ce que la fuite interne ne

Les mécaniciens ne démontent pas ou très rarement les boîtiers de direction quelle qu'en soit la marque pour des raisons de temps, de prix, de garantie et de législation ; ainsi, en cas de défaillance, le remplacement est fortement privilégié.



h) Situation du système de direction hydrostatique dans le circuit hydraulique d’un tracteur agricole (avec pompe de direction).

-Amener l’huile du circuit de direction à température de fonctionnement (55 à 65°C).-Faire tourner le moteur à 1500 tr/min.-Tourner le volant en butée en lui maintenant un couple de 25 N.m.-Si le volant tourne au-delà de 4 tour/min, la fuite interne du boitier de direction est considérée comme trop importante (attention cependant à ce que la fuite interne ne

les directions et trains roulants directeurs des matériels

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