Application de la transmission hydrostatique fermée à deux voies aux transporteurs à chenilles

En Chine, les transporteurs à chenilles équipés d’une transmission hydrostatique fermée à deux voies sont de plus en plus nombreux, notamment les bulldozers sur chenilles, les tracteurs à chenilles et les transporteurs à chenilles. Cette configuration présente plusieurs avantages : elle isole le moteur des chocs transmis par le sol, permet d’atteindre des vitesses de déplacement plus élevées et assure une variation continue de la vitesse, adaptée aux différents besoins de travail. Elle garantit également des démarrages progressifs dans des conditions difficiles, supprime la transmission mécanique complexe et réduit le poids de la machine. La grande interchangeabilité des composants hydrauliques facilite par ailleurs les adaptations de la machine de base. Sur les véhicules à chenilles puissants et de grande taille à entraînement indépendant des deux chenilles, les avantages de la transmission hydrostatique en circuit fermé sont encore plus marqués. Bien que le système hydraulique nécessite une pression et un débit élevés, ses composants, accessoires et réservoir sont plus compacts que ceux d’un système hydraulique à circuit ouvert de puissance équivalente, ce qui facilite leur intégration sur la machine. Voici quelques informations, tirées de plusieurs années d’expérience en conception de transmissions hydrostatiques, à l’intention des professionnels du secteur.

1. Composition du système

En général, la transmission hydrostatique fermée à deux voies se compose d’une pompe à cylindrée variable à commande hydraulique ou électronique et d’un moteur à cylindrée fixe. Pour répondre aux différents besoins en matière de vitesse de travail et d’effort de traction, un moteur à cylindrée variable à plusieurs rapports peut parfois être nécessaire. La figure 1 présente la structure de base d’une transmission hydrostatique fermée à deux voies : elle comprend des commandes pilotes, des pompes, des moteurs, des réducteurs et d’autres composants.

2. Adaptation de la commande pilote à la pompe à cylindrée variable

Lors de la conception, il est essentiel de bien choisir la courbe de commande de la cylindrée de la pompe en fonction de la pression (ou de la tension), ainsi que la courbe de régulation de pression du circuit pilote ou de commande électrique. Pour les véhicules à transmission hydrostatique intégrale à deux voies, une zone morte légèrement plus large de la courbe de commande en pression de la pompe est préférable : elle réduit les réactions intempestives de la pompe dues aux mouvements anormaux de la commande pilote et améliore la tenue en ligne droite de la machine. Une pente plus forte est également souhaitable : elle réduit la sensibilité de la direction, limite la cylindrée de la pompe pendant les virages et ralentit la vitesse de braquage. La résistance à l’inertie à vaincre en virage est alors moindre, ce qui réduit le risque de calage du moteur. En général, la courbe de régulation de pression de la commande pilote peut prendre deux formes. Lors de la conception de l’ensemble, au franchissement de la zone morte, le point de pression (ou de tension) de départ de la courbe de la commande pilote doit être inférieur à la pression (ou tension) maximale correspondant à la cylindrée de la pompe dans sa zone morte (point f). Cela favorise un démarrage progressif et permet de démarrer à vitesse nulle. La pression d’alimentation pilote (ou tension d’alimentation) doit dépasser la pression (ou tension) correspondant à la cylindrée maximale de la pompe, afin de permettre une variation continue maximale de sa cylindrée. En commande hydraulique, la pression d’alimentation doit généralement dépasser d’environ 5 × 10⁵ Pa celle correspondant à la cylindrée maximale de la pompe, ce qui réduit les variations de vitesse dues aux vibrations de la commande lorsque la machine roule vite. Plus la course de la commande permettant de faire varier continûment la cylindrée de la pompe est grande, mieux c’est. Comme le montre la figure 2, par rapport à la courbe de commande II, la courbe III élargit la course de commande associée à cette variation (nj > mi), dans la limite toutefois de la course disponible sur la commande. La pente de la portion proportionnelle doit être aussi faible que possible. Pour une même course de commande Δs, la variation de cylindrée de la pompe est plus importante avec la courbe II qu’avec la courbe III (Δq2 < Δq3). La courbe II rend donc la commande trop sensible pour le conducteur, tandis que la courbe III offre une meilleure progressivité. Avec la courbe III, la pression (ou tension) maximale de la portion proportionnelle (point c) doit également être proche du point de pression (ou de tension) de commande maximale correspondant à la courbe de commande de la cylindrée de la pompe (point h). Pour améliorer le braquage et la maniabilité de la machine, et éviter qu’un braquage serré n’entraîne une résistance excessive, une forte consommation de puissance moteur et un calage, il est possible de limiter la cylindrée de la pompe. Une méthode courante consiste à limiter, pendant les virages, la pression d’alimentation pilote (ou la tension d’alimentation) à une valeur inférieure à celle correspondant à la cylindrée maximale de la pompe. Cette limite peut être définie en fonction des paramètres de la machine, tout en évitant le calage du moteur.

3. Détermination de la pression du système

Pour les véhicules à transmission hydrostatique fermée à deux voies, la pression correspondant à la résistance maximale au braquage constitue généralement la pression de réglage du système. Toutefois, pour déterminer cette pression, il faut aussi tenir compte des performances réalisables avec les composants et accessoires hydrauliques disponibles, ainsi que des conditions d’utilisation et du coût de la machine.

4. Choix du moteur

L’utilisation de moteurs à deux vitesses est nécessaire pour répondre aux exigences de vitesse de déplacement et de traction maximale, tout en améliorant le rendement du système hydraulique. Il convient également de distinguer les moteurs à grande vitesse des moteurs lents à couple élevé. Les moteurs à grande vitesse, de dimensions réduites, peuvent être intégrés au réducteur. La solution optimale consiste à les loger dans les chenilles, ce qui améliore les performances de déplacement de la machine. Les moteurs lents à couple élevé sont plus volumineux. Pour améliorer la capacité de franchissement de la machine, ils doivent être installés au-dessus de l’axe de la roue motrice, à l’écart du sol.

5. Choix de la pompe hydraulique

La pompe doit fonctionner, dans la mesure du possible, à une vitesse de calcul élevée, idéalement proche de sa vitesse nominale. Ainsi, même lorsque le moteur tourne au ralenti, le circuit composé de la pompe et du moteur conserve un rendement de transmission élevé. Pour déterminer la cylindrée maximale de la pompe, on se base généralement sur le premier rapport du moteur à deux vitesses, celui de plus faible cylindrée. Cela permet de réduire la puissance requise et d’améliorer le rendement de transmission du système.

6. Points à considérer lors du choix des accessoires hydrauliques d’un système en circuit fermé : 1) La conduite d’aspiration doit être aussi courte que possible et présenter un grand diamètre intérieur afin de limiter le risque de désamorçage. Seul un filtre d’aspiration à faible perte de charge doit être installé sur cette conduite. Si l’espace disponible le permet, privilégiez un réservoir hydraulique placé en hauteur, avec un niveau d’huile supérieur à l’orifice d’aspiration de la pompe, afin d’améliorer son alimentation. Lors du raccordement de la conduite d’aspiration, veillez tout particulièrement à éviter les fuites, qui peuvent provoquer des à-coups, une mauvaise tenue en ligne droite et endommager la pompe ou le moteur. 2) Les conduites de drainage de la pompe et du moteur doivent avoir le plus grand diamètre intérieur possible et être raccordées séparément au réservoir de retour. N’installez pas de filtre à huile sur ces conduites afin de réduire au minimum la contre-pression de drainage et d’éviter d’endommager les joints d’arbre de la pompe et du moteur. Cela prévient aussi le passage d’huile entre le circuit hydraulique et les composants de transmission connectés, qui entraînerait des pertes et une contamination de l’huile hydraulique, voire de graves défaillances du système.