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BASES TRANSMISSIONS LES COUPLEURS, LES CONVERTISSEURS

Centre de Perfectionnement FRANCIS MONNOYEUR

Référence doc. : 202

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BASES TRANSMISSIONS

TABLE DES MATIERES

COUPLEUR............................................................................................................................................. 2 Principe..................................................................................................................................................................... 2 Constitution............................................................................................................................................................... 4 fonctionnement ......................................................................................................................................................... 6 La courbe de rendement .......................................................................................................................................... 8 Avantages, inconvénients....................................................................................................................................... 10

LE CONVERTISSEUR .......................................................................................................................... 12 Présentation............................................................................................................................................................ 12

LE CONVERTISSEUR MONOPHASE................................................................................................... 14 Présentation............................................................................................................................................................ 14 Constitution d'un convertisseur à carter tournant ................................................................................................... 16 Principe d'un convertisseur à carter fixe................................................................................................................. 18 fonctionnement ....................................................................................................................................................... 20 Fonctionnement pratique ........................................................................................................................................ 24 La courbe de rendement ........................................................................................................................................ 30 Justification du convertisseur biphasé.................................................................................................................... 34

LE CONVERTISSEUR BIPHASE .......................................................................................................... 36 Présentation............................................................................................................................................................ 36 Les roues libres ...................................................................................................................................................... 40 Les roues à rouleaux .............................................................................................................................................. 42 Le couplage du convertisseur................................................................................................................................. 44 La courbe de rendement ........................................................................................................................................ 46

LE CONVERTISSEUR TRIPHASE........................................................................................................ 48 Présentation............................................................................................................................................................ 48 Constitution............................................................................................................................................................. 50 La courbe de rendement ........................................................................................................................................ 52

LE CONVERTISSEUR A CAPACITE VARIABLE .................................................................................. 54 Présentation............................................................................................................................................................ 54 Fonctionnement, couple maxi................................................................................................................................. 55 Fonctionnement, couple mini.................................................................................................................................. 57 La commande......................................................................................................................................................... 59

LE COUPLEUR DIFFERENTIEL ........................................................................................................... 61 Présentation............................................................................................................................................................ 61 Principe de fonctionnement .................................................................................................................................... 63 Fonctionnement ...................................................................................................................................................... 65

LE CONVERTISSEUR DE LA 990 ........................................................................................................ 67 Présentation............................................................................................................................................................ 67 Description.............................................................................................................................................................. 69 Le circuit hydraulique .............................................................................................................................................. 71 Les commandes ..................................................................................................................................................... 73

Rédigé par : Roger LECULLIEZ Centre de Perfectionnement FRANCIS MONNOYEUR

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BASES TRANSMISSIONS

COUPLEUR Principe

Le coupleur est un accouplement élastique qui permet de transmettre un couple et une vitesse (puissance) entre deux organes coaxiaux par l'intermédiaire d'un liquide.

En effet un liquide est capable de transmettre un couple et une vitesse de rotation. 1èr exemple, Explication par la méthode des verres.

Un verre plein à fond arrondi (turbine) est placé sur une balance. La balance est équilibrée par une tare. Un jet de liquide est dirigé dans le verre (action de l'impulseur) La balance est déséquilibrée. Le liquide en circulation exerce bien une force (F) sur le fond du verre. Il faut un poids P pour rétablir l'équilibre.

2ème exemple, la roue du moulin à eau Si on projette un jet de liquide sur les aubages d'une roue, celle ci est entraînée. Le mouvement de l'eau engendre un mouvement de rotation de la roue à aubes. Elle est capable de fournir un couple moteur.

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COUPLEUR Principe

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COUPLEUR Constitution

Le coupleur est constitué de trois pièces maîtresses généralement en alliages légers ou en tôles découpées, embouties, soudées ou serties.

1: La roue pompe ou impulseur. Elle est solidaire de l'arbre d'entraînement en relation avec le moteur et comporte des alvéoles. L'impulseur est une pompe, c'est une roue centrifuge qui crée un débit d'huile.

2: La turbine. Elle est solidaire de la transmission et comporte des alvéoles. C'est une roue centripète, elle reçoit le débit d'huile. La roue pompe et la turbine sont placées face à face, sans aucune liaison mécanique.

3 : Le couvercle. Il constitue le réservoir, il est fermé. Il est équipé d'un bouchon de remplissage et d'un fusible thermique. Il est boulonné sur l'impulseur et de ce fait, tourne à la même vitesse. Il comporte souvent des ailettes de refroidissement à l'extérieur.

Note: La roue pompe et la turbine ont un aspect interne identique. La turbine comporte toujours moins d'ailettes que l'impulseur, (5 à 10%),.pour atténuer les bruits de résonance

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Couvercle

Turbine

COUPLEUR Constitution

Roue de pompe Impulseur

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COUPLEUR fonctionnement

La partie menante, l'impulseur, est entraînée par le moteur. Le liquide (huile) sera bientôt amené à circuler par l'action de la rotation et de la force centrifuge. L'huile est poussée vers la périphérie puis passe d'une alvéole de la partie menante (dite roue pompe) dans une alvéole de la partie menée (dite turbine). La partie menée (turbine) est reliée à l'arbre d'entrée boîte de vitesse.

Pour une vitesse assez basse du moteur, l'huile passera successivement d'une alvéole de la roue pompe à une autre dans la turbine (encore immobile). L'énergie cinétique développée est trop faible pour entraîner la charge résistante reliée à la turbine. Il y a un glissement très important entre la roue pompe et la turbine.

A un certain régime du moteur (donc de la roue pompe) la roue menée (turbine) commencera à tourner lentement sous la poussée de l'huile, il y a encore glissement.

L'augmentation de la vitesse de la roue pompe (donc du régime moteur) provoquera un véritable clavetage hydraulique des deux roues. L'arbre de sortie est entraîné à la même vitesse que le moteur, il n'y a plus de glissement.

Le coupleur est un embrayage hydraulique qui agit comme un lien élastique très progressif et très efficace. Il se borne à transmettre avec progressivité le couple moteur, mais sans l'amplifier. Il constitue une sécurité temporaire en cas de surcharge, l'énergie non utilisée dans la transmission est transformée en chaleur. L'huile n'est pas renouvelée, la température monte très vite. Le fusible thermique fond et provoque la vidange pour protéger le coupleur. La machine est alors en panne.

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COUPLEUR Fonctionnement

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COUPLEUR La courbe de rendement

Le rendement d'un coupleur est égal au rapport: Puissance recueillie sur la turbine Puissance fournie par l'impulseur

Le glissement donné en pourcentage est la différence relative des vitesses de rotation entre l'impulseur et la turbine. Vi - Vt = % Vi

La période de glissement dans un coupleur bien proportionné par rapport à la charge est normalement très brève. Un glissement de 100% se traduit par un rendement nul, mais le couple est maximum car la masse d'huile déplacée à ce moment atteint son maximum d'importance. La puissance perdue dans un coupleur est transformée en énergie calorifique. Le pourcentage de cette puissance perdue est très exactement égal au glissement.

Ensuite les deux parties tournant à la même vitesse, il y a transmission de la puissance sans transformation du couple et de la vitesse (au rendement près). Dans les conditions satisfaisantes d'emploi, le rendement d'un coupleur est de l'ordre de 95% à 98%.

Le couple transmis est fonction: - De la vitesse de rotation et du diamètre de l'appareil. - De la masse volumique de l'huile utilisée, il y a bien sûr tout intérêt à employer un fluide de masse volumique élevée. - De la quantité de fluide contenu dans le coupleur, il faudra respecter la quantité d'huile et les périodicités de vidange définies par le constructeur.

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COUPLEUR La courbe de rendement

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Pourcentage de glissement 100%

80%

60%

40%

20%

0% 100%

100%

80%

60%

60%

40%

40% Rendement

20%

20%

0%

0% 0

0,2

0,4

0,6

0,8

Pourcentage de rendement

80%

1

V Bo”te = V moteur

Rapport des vitesses = Tubine / Pompe Callage du coupleur

Variation du couple

Couple

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COUPLEUR Avantages, inconvénients

Avantages: - Il permet au moteur d'entraînement de développer son couple maximal lors du démarrage en charge. - Il évite le calage du moteur. - Il autorise des accélérations progressives. - La transmission de puissance est réalisée par de l'huile, il n'y a pas de contact mécanique donc peu d'usure sur les pièces maîtresses. - Son action réduit l'usure des organes du moteur, ainsi que ceux des transmissions directes et finales.

Inconvénients:

- Le couple de traînée (couple résiduel) générée par des coupleurs de gros diamètre, nécessite parfois un embrayage entre le moteur et la transmission, (boite à engrenages mécaniques). - Le joint d'étanchéité entre l'arbre de turbine et le couvercle est fragile. - La perte de rendement se manifeste particulièrement aux bas et moyens régimes et durant les changements de vitesse. - Un trop faible remplissage d'huile produit des variations intempestives dans le couplage.

Utilisation:

- Transmission des chariots élévateurs. - Entraînement de ventilateur, de tapis de carrières, etc....

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COUPLEUR Avantages, inconvénients

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LE CONVERTISSEUR Présentation

Le convertisseur est un accouplement hydraulique intercalé entre le moteur et la boîte de vitesse. La transmission de la puissance est faite sans liaison mécanique. Le convertisseur est généralement flasqué sur le volant moteur. Son couvercle est souvent équipé d'un engrenage utilisé pour entraîner les pompes hydrauliques de transmission.

Le convertisseur est parfois qualifié de hydrocinétique, car il utilise l'huile pour transformer l'énergie mécanique en énergie cinétique, puis transforme l'énergie cinétique en énergie mécanique. Cette succession de transformations modifie le couple transmis à la boîte de vitesses mais n'accroît pas la puissance. La puissance perdue est relativement importante, le rendement est inférieur à 100%, il est donc nécessaire d'évacuer les calories produites. Le convertisseur à besoin d'une circulation d'huile pour fonctionner correctement, elle fait généralement partie du circuit hydraulique de transmission.

Cette fonction est assurée par le circuit hydraulique de transmission. Différentes technologies sont utilisées en fonction des performances recherchées. - convertisseur monophasé, . à carter tournant, le model le plus utilisé, . à carter fixe, technologie non utilisée, - convertisseur biphasé, - convertisseur triphasé.

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LE CONVERTISSEUR Présentation

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Présentation

Le convertisseur monophasé fonctionne uniquement en convertisseur contrairement à d'autres qui utilisent des technologies plus évoluées pour travailler en coupleur ou en prise directe. Il permet une multiplication du couple lorsque la charge est importante, par exemple à la mise en mouvement de la machine ou lorsque l'équipement charge la transmission. Il réduit la vitesse en entrée de la boîte de vitesses lorsque la charge est faible, le couple résistant est inférieur au couple moteur. Le convertisseur monophasé est utilisé sur les engins qui comme les tracteurs sur chaînes ; - travaillent presque continuellement en charge, - effectuent des cycles de travail comportant des arrêts et redémarrages fréquents, - se déplacent lentement.

Deux conceptions existent; - à carter tournant, technique la plus utilisée, - à carter fixe, ancienne technologie citée pour information.

Le convertisseur à carter tournant. Le volant moteur entraîne le carter et l'impulseur ou roue de pompe, solidaire du carter. L'impulseur projette l'huile sur la turbine solidaire de l'arbre d'entée de boîte de vitesses. Le réacteur ou stator, élément fixé au châssis, oriente la circulation de l'huile vers l'impulseur.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Présentation

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Constitution d'un convertisseur à carter tournant

Le convertisseur reprend le principe du coupleur, mais un quatrième élément est installé à l'intérieur, le réacteur ou stator. La forme des aubages de la roue de pompe et turbine est travaillée avec un bord d'attaque épais et un bord de fuite effilé pour faciliter la circulation de l'huile. Une accélération de la vitesse de circulation de l'huile est obtenue par diminution des sections de passage. La section de passage au niveau du bord de fuite est inférieure à celle située au niveau du bord d'attaque. La turbine possède 4 à 10 % d'aubages en moins que l'impulseur pour éviter les bruits de résonance.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Constitution d’un convertisseur à carter tournant

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Principe d'un convertisseur à carter fixe

Dans ce type de convertisseur, le réacteur ou stator est intégré dans le carter. Le moteur entraîne l'arbre de l'impulseur à travers le réacteur. Ce montage impose une double étanchéité, une coté arbre moteur et une coté boîte de vitesses. L'impulseur projette l'huile sur la turbine solidaire de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. La turbine est installée entre l'impulseur et un gros réacteur. Ce montage réduit la surface d'action de l'huile. Le réacteur ou stator lié au carter fixe oriente la circulation de l'huile vers l'impulseur.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE

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Principe d'un convertisseur à carter fixe

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE fonctionnement

Définition de la puissance mécanique, fournie par le moteur Puissance mécanique = Couple X Vitesse de déplacement Définition de la puissance hydraulique, transmise à la transmission Puissance hydraulique = Débit X Pression

Dans cette relation, Débit = Volume = Section X Longueur Temps Temps La relation de la puissance hydraulique peut s'écrire, Puissance hydraulique = (Section X Longueur) X Pression Temps

Dans cette relation, Longueur = Vitesse Temps La relation de la puissance hydraulique peut s'écrire Puissance hydraulique = Section X Vitesse X Pression

Dans le convertisseur, Les sections de passage de l'huile sont définies par construction Les vitesses de circulation de l'huile dépendent des sections traversées, de la quantité d'huile en mouvement et des vitesses de rotation. La pression, force / surface, dépend de la masse de l'huile et de sa vitesse, les surfaces d'action sont déterminées par la fabrication.

Le paramètre le plus important dans le fonctionnement du convertisseur est la vitesse de circulation du fluide. Plusieurs analogies peuvent être utilisées pour expliquer le fonctionnement du convertisseur.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE fonctionnement

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE fonctionnement

Mise en évidence de l'action du réacteur Amélioration de l'expérimentation du verre utilisé dans le fonctionnement du coupleur. Le liquide ressort du verre, il est animé d'une certaine vitesse. En raison de sa masse et sa vitesse, le liquide possède encore de l'énergie cinétique. Un deuxième verre, à fond arrondi, est placé à l'envers au-dessus du premier. Il renvoi le jet dans le premier verre, il est assimilé au réacteur. La balance est de nouveau déséquilibrée, une seconde force s'exerce sur le verre. Il faut un second poids p pour rétablir l'équilibre.

Deux forces supplémentaires sont apparues: -1- l'énergie cinétique du fluide en sortie du premier verre (turbine) contenue par le deuxième verre immobilisé (réacteur) crée une force d'opposition, dite réactive. Elle repousse le premier verre (turbine). Suivant l'éloignement et l'orientation du verre l'intensité de la force sera variable. La même réaction se produira avec le jet d'une lance à incendie dirigé plus ou moins près d'un mur. Le mur étant immobile, c'est la lance qui recule. -2- Le fluide (huile) qui sort du verre retourné se trouve dirigé dans la même direction que le fluide originel. Il fourni une énergie cinétique complémentaire non négligeable.

Le second verre, le réacteur, à permis, - de rediriger le liquide dans la bonne direction. - de récupérer une certaine quantité d'énergie qui normalement est perdue.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE fonctionnement

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Fonctionnement pratique

La multiplication du couple est obtenue par changement de la vitesse du fluide. Pour obtenir ce changement, l'huile passe par des passages dont la section d'entrée est plus grande que la section de sortie. Le changement de vitesse est obtenu également par des changements de direction, influence du réacteur. Ces fonctions sont réalisées par l'ensemble des ailettes. Les ailettes de l'impulseur, de la turbine et du réacteur sont courbes et de formes très étudiées. Elles ont un profil comparable à celui des ailes d'avion, un bord d'attaque sur la partie avant, un bord de fuite sur l'arrière. Les performances du convertisseur dépendent en grandes parties de la forme des ailettes. En règle générale, des ailettes à faible courbure permettent une faible vitesse du fluide, la multiplication du couple est faible, des ailettes à courbure prononcée permettent une grande multiplication du couple. Plus le couple est multiplié, moins le réacteur, comporte d'ailettes.

Le réacteur permet de multiplier le couple, il améliore encore le fonctionnement en restituant une énergie résiduelle en sortie des passages du stator en la dirigeant sur le dos des bossages de l'impulseur. Au lieu de s'opposer à la rotation de l'impulseur, l'huile a tendance à l'aider dans son mouvement de rotation. La direction et l'intensité du flux contribuent à pousser l'impulseur dans sa rotation.

Dans le convertisseur, c'est l'impulseur qui communique au fluide l'énergie cinétique qui est transmise aux ailettes de la turbine afin de la mettre en mouvement. A son tour, la turbine transforme l'énergie cinétique en énergie mécanique.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Fonctionnement pratique

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Fonctionnement pratique

Durant le fonctionnement du convertisseur, le fluide est soumis à deux mouvements.

Mouvement axial, le flux principal tourbillonne à l'intérieur du tore. Ce mouvement est favorisé par une grande différence de vitesse entre l'impulseur et la turbine, c'est le cas lors d'un calage convertisseur sous forte charge. L'huile est cisaillée entre les roues pompe et turbine.

Mouvement tangentiel, le flux principal d'huile suit la circonférence du convertisseur. Ce mouvement est favorisé par une vitesse de rotation importante de la turbine, c'est le cas lors d'un déplacement rapide sous faible charge. L'huile est plaquée à la périphérie par la force centrifuge.

Dans la pratique, le flux résultant est un compromis entre ces deux flux de bases. Le flux résultant varie en fonction des conditions de l'utilisation du convertisseur.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Fonctionnement pratique

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Fonctionnement pratique

La différence de vitesse entre la turbine (boîte de vitesses) et l'impulseur (moteur) aura une très grande influence sur la direction et l'intensité de la force générée par le fluide qui agit sur le réacteur.

- en ( a ), le rapport de vitesse turbine/ impulseur est proche de zéro, la turbine est arrêtée ou sur le point de l'être. Plus la charge augmente, plus la vitesse turbine décroît, et plus l'action du stator est importante. La multiplication du couple est alors maximale. Le rendement est nul. - en ( b ), le rapport des vitesses est sensiblement voisin de 0,5. Il y a multiplication du couple. Le rendement est satisfaisant. - en ( c ), le rapport des vitesses avoisine 0,8. Cette zone est transitoire, car une légère variation de la vitesse de la turbine entraîne une multiplication ou une démultiplication du couple et une augmentation ou une diminution sensible du rendement. - en ( d ), le rapport de vitesse avoisine 0,9. Le réacteur renvois l'huile par le dos du bord d'attaque, l'huile arrive à l'encontre de l'impulseur. Il y a réduction du couple. La perte de rendement est importante.

Le convertisseur travail en complément de la boîte de vitesses. Pour chacun des rapports engagés, le convertisseur adapte en permanence le couple disponible en entrée de boîte de vitesses suivant les variations de charge opposées à la transmission.

Les couples mini et maxi résultant des charges à vaincre par la transmission sont tels qu'ils dépassent les possibilités du convertisseur. Ne pouvant pas assurer à lui tout seul les besoins, une boîte de vitesses est installée en complément.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Fonctionnement pratique

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE La courbe de rendement

La zone de rendement favorable se situe dans la partie haute de la courbe. En début de courbe le rendement est faible et en fin de courbe, la chute de rendement est spectaculaire.

Le rendement maximal d'un convertisseur est obtenu lorsque le flux liquide pénètre dans le réacteur parallèlement à ses ailettes. Les pertes par chocs sont ainsi éliminées.

Comparaison avec la courbe de rendement d'un coupleur. Par rapport à la courbe d'un coupleur, le rendement du convertisseur est meilleur dans la partie montante de la courbe. Le point de rendement maximum du convertisseur se situe à un rapport de vitesses turbine / pompe plus faible. Le rendement du convertisseur chute plus vite vers les rapports de vitesses turbine / pompe élevées. Les constructeurs apportent un élément supplémentaire pour pouvoir améliorer le rendement en se rapprochant de la fin de courbe du coupleur.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE La courbe de rendement

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE La courbe de rendement

Réflexion sur un exemple de courbe de couple simplifiée, le régime moteur est constant à 1800 tr/mn.

Le convertisseur de couple en fonctionnement est toujours le siège d'un certain échauffement, en raison des chocs de l'huile sur les différents organes et ce malgré les formes étudiées et très profilées de ces organes. Cet échauffement est variable, il est fonction de la vitesse de rotation de la turbine par rapport à la vitesse de rotation de la roue pompe.

La turbine du convertisseur verra sa vitesse évoluer, suivant la charge appliquée aux roues. Si la vitesse de la turbine est comprise entre 600 et 1350 tr/mn, l'échauffement, "normal", sera en permanence absorbé par le système de refroidissement du moteur.

Si cette vitesse devient inférieure à 600 tr/mn il y a échauffement excessif de l'huile. Le système de refroidissement est incapable d'évacuer les calories en excès et le thermomètre au tableau de bord indique une température anormale.

Si la vitesse de la turbine excède 1350 tr/mn, il y a encore échauffement excessif. L'huile animée d'une grande vitesse de circulation vient heurter violemment les pales du stator.

Le rapport de vitesse choisi par le conducteur devra être adapté pour que la vitesse de la turbine soit située entre 600 et 1350 tr/mn pour un moteur tournant à 1800 tr/mn. Le thermomètre indiquant une température excessive, il devra rétrograder jusqu'en première, si nécessaire. Si l'échauffement subsiste, il faudra réduire progressivement la charge, (un D6 ne remplacera pas un D7). Lorsque la charge devient au contraire très faible, voire nulle (pente), le conducteur devra utiliser un rapport supérieur ou rester en première, mais en réduisant le débit d'injection.

En raison de l'élévation et de l'abaissement rapide du rendement, le convertisseur monophasé a une "zone d'emploi" relativement étroite.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE La courbe de rendement

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Justification du convertisseur biphasé

Le convertisseur de couple possède une multitude de phases de fonctionnement influencées par le réacteur. Mise en route de la machine, la turbine est au repos. La rotation de la roue pompe implique à l'huile une vitesse et une direction de flux (circulation); 1) suivant un mouvement tangentiel ou circonférentiel; 2) suivant un mouvement axial; Le flux résultant (3) s'échappe de la turbine en (6) et le stator le réoriente en (7). Le flux d'huile parvenant au stator en (6) tend à le faire tourner à l'inverse de la roue pompe. Celui -ci étant fixe il applique donc à l'huile un couple de réaction (Cr) dirigé dans le sens de rotation de la turbine. Celle-ci accuse un couple (Ct) = Ci + Cr supérieur à celui délivré par le moteur. Il y a donc multiplication du couple, le rendement est nul. La machine est en marche, la turbine tourne. La force axiale (2) est moins importante que précédemment, par contre la force centrifuge est en augmentation. Il s'ensuit une force résultante de sortie (3) différente de la phase 1. De même la résultante en sortie turbine (6) s'est redressée, elle est le résultat d'une force amoindrie (4) et l'apparition d'une force centrifuge (6). Le réacteur ne redresse pratiquement plus le flux. II s'ensuit un couple de réaction largement diminué même si celui-ci reste complémentaire à celui de la turbine. Le rendement du convertisseur est proche du maximum. Accélération de la turbine, la force résultante (3) est encore plus faible, la force axiale est très diminuée et la force centrifuge est importante. La sortie du flux de la turbine est très nettement redressée: (5) très important et (4) encore diminué. L'impact du flux sur le réacteur s'est inversé et provoque une force de réaction qui s'oppose au couple fourni par la turbine. Le rendement est médiocre et le couple est réduit, cet effet négatif est supprimé en installant le réacteur sur une roue libre, c'est le convertisseur biphasé.

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LE CONVERTISSEUR MONOPHASE Justification du convertisseur biphasé

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Présentation

Le convertisseur dont le réacteur est installé sur une roue libre est désigné convertisseur biphasé. La structure générale de ce convertisseur reste identique au convertisseur monophasé.

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Présentation

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Présentation

Ce type d'appareil peut fonctionner en convertisseur et en coupleur. Le fonctionnement est en convertisseur lorsque la charge est importante sous faible vitesse d'avancement, le couple est multiplié. Le fonctionnement est en coupleur lorsque la charge est faible sous grande vitesse d'avancement, le couple transmis est juste inférieur au couple moteur. Le passage du fonctionnement convertisseur en coupleur est dénommé point de couplage. A ce moment le système quitte la courbe de couple du convertisseur pour suivre la courbe du coupleur, le rendement de l'ensemble est amélioré. Ce type de convertisseur équipe les machines qui travaillent; - sous forte charge, - à des vitesses de déplacement relativement rapide, comme les chargeuses sur pneus du marché de masse, les chargeuses pelleteuses...

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Présentation

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Les roues libres

La roue libre permet la rotation du réacteur sur le carter fixe sous certaines conditions. En phase de fonctionnement convertisseur, la roue libre se verrouille, le réacteur est fixe. En phase de fonctionnement coupleur, la roue libre se libère, le réacteur tourne dans le flot d'huile. Il existe plusieurs types de roues libres adaptées en fonction des couples à transmettre.

Roue libre à galets, (pour faible charge) Les galets sont maintenus en position par un système de ressort. En phase de fonctionnement convertisseur, les galets ont tendance à se redresser et agissent comme des coins pour assurer une liaison en rotation du réacteur sur son support.

En phase de fonctionnement coupleur, les galets ont tendance à se coucher et permettent la rotation du stator sur son support.

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Les roues libres

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Les roues à rouleaux

Les roues libres à rouleaux sont utilisées pour les fortes charges. La roue libre utilise des rouleaux prisonniers dans une cavité oblique. Un système de ressort applique les rouleaux en fond de cavité. Le diamètre des rouleaux est tel qu'ils sont en contact avec le stator et son palier. En phase de fonctionnement convertisseur, les rouleaux ont tendance à s'engager en fond de rampe oblique et agissent comme des coins pour assurer une liaison en rotation.

En phase de fonctionnement coupleur, les galets ont tendance à revenir dans la partie la plus haute de la rampe et permettent la rotation du stator sur son support.

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Les roues à rouleaux

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Le couplage du convertisseur

Dans le fonctionnement du convertisseur, le moment ou la turbine entraînée rapidement dirige le flux d'huile en avant des aubages du réacteur est appelé point de couplage. L'huile n'arrive plus dans la partie creuse des ailettes, mais sur la partie bombée, le dos. L'action du réacteur devient négative. A ce moment le couple transmis à la transmission est sensiblement identique au couple moteur. La roue libre se libère, elle laisse tourner le réacteur dans le flux d'huile, il n'influence pas le fonctionnement du convertisseur. Le convertisseur fonctionne en coupleur, le rendement de l'ensemble est amélioré.

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BASES TRANSMISSIONS

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE Le couplage du convertisseur

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR BIPHASE La courbe de rendement

La courbe de rendement du coupleur et la courbe de rendement du convertisseur se superposent à partir du point de couplage. Dans l'évolution de la vitesse d'avancement, le fonctionnement du convertisseur se cale sur la courbe la plus favorable. La phase coupleur limite la perte de puissance et réduit ainsi les causes d'échauffement. Après avoir progressé à partir du point de couplage, la courbe de rendement s'écroule lorsque la vitesse de la turbine est très proche de la vitesse du moteur.

La vitesse d'avancement est alors importante mais le couple transmis est très faible. Ce fonctionnement ne convient pas aux machines de transport qui roulent vite tous en ayant besoin de couple pour franchir des rampes sans réduire exagérément la vitesse d'avancement.

Cet inconvénient est supprimé par l'installation d'un embrayage de prise directe, le lock up. Le système devient un convertisseur triphasé.

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LE CONVERTISSEUR BIPHASE La courbe de rendement

BASES TRANSMISSIONS Pourcentage de glissement 100%

80%

60%

40%

20%

0%

Couple

100% Point de couplage 80%

Rendement 40%

20%

0% 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

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V Bo”te = V moteur

Rapport des vitesses = Tubine / Pompe Callage du coupleur

Pourcentage de rendement

60%

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LE CONVERTISSEUR TRIPHASE Présentation

Ce type d'appareil peut fonctionner en convertisseur, en coupleur ou en prise directe, d'ou son appellation triphasée. La fonction prise directe est réalisée par la jonction mécanique entre l'impulseur et la turbine. La boîte de vitesses est alors entraînée mécaniquement par le moteur. Cette jonction est réalisée par l'engagement d'un embrayage hydraulique. Le remplissage de l'embrayage est généralement géré par le système qui s'occupe du passage des rapports de la boîte de vitesses. Il est généralement automatisé. Le fonctionnement peut être entièrement hydraulique, de plus en plus il est piloté par un système informatique.

Ce type de convertisseur est utilisé sur les tombereaux rigides et articulés, les décapeuses et la chargeuse 990 qui est destinée à effectuer des déplacements longs.

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR TRIPHASE Présentation

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR TRIPHASE Constitution

Exemple du tombereau articulé D250E Le système travaille en convertisseur en s'appuyant sur le réacteur. Il travaille en coupleur par déverrouillage du réacteur sur la roue libre. Il travaille en prise directe par la liaison entre l'impulseur et la turbine réalisée par le remplissage de l'embrayage. Cet embrayage s'engage progressivement puis ne doit plus glisser pendant la transmission du couple moteur. La seule perte de vitesse d'avancement du tombereau est due à la charge du moteur. La gestion de la prise directe est réalisée par le boîtier E. P. T. C. II.

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LE CONVERTISSEUR TRIPHASE

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Constitution

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR TRIPHASE La courbe de rendement

Ce type de convertisseur reprend la courbe de rendement du convertisseur biphasé. Au moment ou la prise directe s'engage, le rendement remonte. La puissance transmise est celle du moteur, sans modification de la vitesse et du couple moteur.

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LE CONVERTISSEUR TRIPHASE La courbe de rendement

BASES TRANSMISSIONS

Pourcentage de glissement 100%

80%

60%

40%

20%

0%

0,6

0,8

1

Couple 100%

80%

Pourcentage de rendement

Rendement 40%

20%

0% 0

0,2

0,4

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V Bo”te = V moteur

Rapport des vitesses = Tubine / Pompe Callage du coupleur

Couple

60%

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LE CONVERTISSEUR A CAPACITE VARIABLE Présentation

Ce type de convertisseur est installé sur les grosses chargeuses sur pneus, à partir de la 988. Le convertisseur à capacité variable a la particularité de permettre au conducteur de régler le couple fourni à la transmission par une commande manuelle.

La 990 présente plusieurs particularités de plus qui en font une machine très spécifique.

Ce type de convertisseur a également était installé sur des décapeuses 623B et 633D.

Les grosses chargeuses sur pneus travaillent souvent sans arrêt, par beau temps comme par temps de pluie et quelquefois, le sol du chantier est détrempé et rendu glissant par l'eau. L'eau est un excellent lubrifiant pour couper le caoutchouc. Les sols détrempés et les rochers pointus et tranchants peuvent provoquer des dégâts considérables aux pneus. Lorsque le travail au front de taille est extrêmement dur, solliciter toute la puissance de la machine peut provoquer un patinage des roues d'autant plus important que l'adhérence est faible. Le convertisseur à capacité variable permet au conducteur d'adapter le couple aux roues entre un mini et un maxi. Le patinage et ces conséquences sont éliminées dans la phase de pénétration du godet. La puissance moteur non utilisée par la transmission est disponible sur l'équipement qui en à besoin pour plus de facilitée au remplissage du godet.

Une commande électrique est prévue en complément de la commande hydraulique pour obtenir toute la puissance sur la transmission en phase de roulage.

Sur la 992, une valve centrifuge adapte le couple à la vitesse de rotation du moteur. Sous forte charge, le régime moteur est réduit, le couple transmis à la transmission est automatiquement réduit.

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISEUR A CAPACITE VARIABLE Fonctionnement, couple maxi

La roue de pompe est en deux parties. - une roue interne solidaire du carter tournant, (moteur), - une roue périphérique, solidaire de la roue interne par un embrayage.

Le couple maxi est obtenu lorsque les deux éléments sont solidaires, sans glissement l'un par rapport à l'autre. L'ensemble travail comme un convertisseur biphasé classique.

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LE CONVERTISEUR A CAPACITE VARIABLE Fonctionnement, couple maxi

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LE CONVERTISEUR A CAPACITE VARIABLE Fonctionnement, couple mini

Les deux éléments de la roue de pompe sont libres l'un par rapport à l'autre. La roue périphérique n'intervient pas dans la multiplication du couple. L'impulseur se trouve sous dimensionné, le couple transmis ne peut être important. Le remplissage partiel de l'embrayage permet une relation plus ou moins glissante entre les deux éléments de l'impulseur. Cela permet un réglage du fonctionnement entre un couple maxi et mini.

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISEUR A CAPACITE VARIABLE Fonctionnement, couple mini

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISEUR A CAPACITE VARIABLE La commande

Deux commandes, une manuelle et une électrique sont à la disposition du conducteur La commande manuelle se fait par un levier et un câble situé sur la console droite du poste de conduite. La commande électrique se fait par un interrupteur situé dans la poignée de commande de levage de l'équipement.

Le remplissage de l'embrayage est réalisé par une dérivation du circuit hydraulique du circuit de transmission. Une valve de séquence ne permet l'alimentation de l'embrayage que lorsque la pression dans le circuit de transmission est suffisante.

Une valve de réduction de pression ajuste la pression dans l'embrayage, elle est réglée par le conducteur en agissant sur le levier.

Un électro-distributeur alimenté par l'interrupteur permet la modification du fonctionnement de la réduction de pression. La réduction de pression ne module plus, la pression est maximum dans l'embrayage. Le couple transmis est alors maximum.

Illustration, version chargeuse 992D. La valve centrifuge s'intercale en série entre la valve de commande et l'embrayage pour adapter automatiquement le couple à la vitesse du moteur. Grande vitesse de rotation, le couple maxi est disponible, réglé par le conducteur. Vitesse de rotation réduite, le couple est réduit automatiquement même si le conducteur demande le couple maxi.

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LE CONVERTISEUR A CAPACITE VARIABLE La commande

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LE COUPLEUR DIFFERENTIEL Présentation

Le coupleur différentiel s'applique au convertisseur installé sur les tracteurs à chaînes D6 et plus gros. Définition du dictionnaire. Système d'accouplement qui permet de transmettre à un arbre rotatif un mouvement équivalent à la somme ou à la différence de deux autres mouvements. Appellation CAT. Caterpillar appel ce système Torque Divider, qui peut se traduire par Diviseur de couple. Description. Le coupleur différentiel est un ensemble qui associe un train planétaire à un convertisseur de couple. Il transmet la puissance du moteur par l'hydraulique du convertisseur et par la mécanique du train.

Le coupleur différentiel permet aux tracteurs deux phases de travail; - Une phase d'attaque pour laquelle il est nécessaire de multiplier au maximum le couple moteur. . Un convertisseur de gros diamètre permet cette fonction. - Une phase d'exploitation, phase de roulage, pour laquelle la multiplication du couple n'est pratiquement plus nécessaire. . Une transmission mécanique est alors préférable car son coefficient de transmission est supérieur à celui de tout convertisseur de couple. . Il est admis que généralement un convertisseur absorbe jusqu'a 20 % de la puissance qu'il reçoit, la transmission mécanique limite les pertes de rendement. Ce système rend la transmission plus nerveuse, il permet un effet de choc utile pour pulvériser un obstacle, le dérochage à la lame et plus encore au ripper.

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LE COUPLEUR DIFFERENTIEL Présentation

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LE COUPLEUR DIFFERENTIEL Principe de fonctionnement

Le volant moteur entraîne deux éléments; - le planétaire du train d'engrenage, - l'impulseur, roue de pompe, du convertisseur.

La couronne du train planétaire est solidaire de la turbine du convertisseur. La vitesse de rotation de la couronne est fonction de la charge du convertisseur. Le porte satellite transmet son mouvement à la transmission. Le fonctionnement du porte satellite est influencé par la charge sur le convertisseur.

Le train d'engrenage transmet 30 % du couple moteur. Le convertisseur et la couronne transmettent 70 % du couple moteur.

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LE COUPLEUR DIFFERENTIEL Principe de fonctionnement

BASES TRANSMISSIONS

T C S

P R

PS

P

Moteur

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Transmission

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BASES TRANSMISSIONS

LE COUPLEUR DIFFERENTIEL Fonctionnement

Fonctionnement sous charge faible Sous faible charge, il n'y a pas de glissement du convertisseur, l'ensemble turbine couronne tourne à la vitesse du planétaire. Tout le système tourne à la vitesse du moteur.

Fonctionnement sous forte charge. Sous forte charge, il y à glissement du convertisseur. La vitesse de rotation de la couronne est plus faible que la vitesse du planétaire. La différence de vitesse entre le planétaire et la couronne provoque une rotation des satellites donc une modification du mouvement du porte satellite. La transmission charge le moteur qui peut utiliser sa réserve de couple.

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LE COUPLEUR DIFFERENTIEL Fonctionnement Pratique

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LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Présentation

Le convertisseur de couple des chargeuses sur pneus 990, 992G et 994D à la particularité d'être équipé : - D'un embrayage de modulation, (1). - D'un embrayage de prise directe, (2).

L'embrayage de modulation contrôle la vitesse de rotation de la roue pompe. Il permet de faire varier le couple transmis aux roues dans le but d'éviter le patinage des pneumatiques. La réduction du couple transmis aux roues permet un report de puissance du moteur sur le circuit hydraulique d'équipement, lors des phases de remplissage du godet.

L'embrayage de prise directe assure une liaison complète entre le moteur et la transmission. L'absence de patinage du convertisseur de couple pendant les phases de transport permet un surcroît de productivité.

La commande de ces fonctions est assurée par le module électronique de gestion de la transmission. Il tient compte des conditions machines et des informations données par le conducteur.

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BASES TRANSMISSIONS

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LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Présentation

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Description

3.

Embrayage de prise directe.

6.

Turbine.

8.

Roue de pompe, impulseur.

9.

Embrayage de modulation.

13.

Canalisation d'alimentation de l'embrayage de modulation.

15 .

Canalisation de sortie d'huile du convertisseur de couple.

20 .

Stator.

23.

Canalisation d'alimentation d'huile du convertisseur de couple.

24 .

Canalisation d'alimentation de l'embrayage de prise directe.

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LE CONVERTISSEUR DE LA 990

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Description

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Le circuit hydraulique

L'alimentation des embrayages est assurée par des électrovalves proportionnelles installées sur le circuit hydraulique de transmission. Légende 1.

Valve de priorité.

2.

Groupe de valves des embrayages du convertisseur de couple.

3.

Filtre de transmission.

4.

Electrovalve proportionnelle d'alimentation de l'embrayage de prise directe.

5.

Electrovalve proportionnelle d'alimentation de l'embrayage de modulation.

6.

Pompe de transmission.

7.

Embrayage de prise directe.

8.

Crépine magnétique.

9.

Bloc hydraulique de contrôle de la transmission (Bloc LRTP).

10 .

Refroidisseur.

11 .

Convertisseur de couple.

12 .

Embrayage de modulation.

13 .

Réservoir (Carter du transfert de la transmission).

14 .

Ligne de sortie refroidisseur vers circuit de lubrification de la transmission.

15 .

Valve de charge sortie convertisseur.

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Le circuit hydraulique

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Les commandes

Commande électrique de la modulation et de la prise directe. Le module électronique de la transmission gère les passages de vitesses et sens de marche. Il contrôle également l'alimentation des électrovalves proportionnelles des embrayages de prise directe et de modulation. Le module électronique délivre un courant variable aux électrovalves en fonction des informations données par le conducteur, des conditions machines et de son programme.

L'alimentation de l'électrovalve de l'embrayage de modulation est basée sur : - La position de la pédale de gauche. - La position d'un sélecteur quatre positions situé sur la console, il règle le couple transmis aux roues à des valeurs préréglées lorsque que la 1ére vitesse avant est en prise, (les valeurs sont préréglées par défaut à 85 %, 70 %, 55 % et 40 %). - La position du sélecteur électrique de mise en service / hors service. - Les changements de sens de marche. - Le régime moteur. - L'engagement et le désengagement de la prise directe.

L'alimentation de l'électrovalve de l'embrayage de prise directe est basée sur : - La position du sélecteur de mise en service / hors service. - La vitesse de rotation de l'arbre de sortie du convertisseur de couple. - Le régime moteur. - La position de la pédale de gauche.

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BASES TRANSMISSIONS

LE CONVERTISSEUR DE LA 990 Les commandes

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