Amortissement et montage des vibrations de la vanne de commande d'excavatrice : réparer les secousses qui tuent vos joints

Tous les mécaniciens de pelles ont vu la même chose se produire. Vous reconstruisez une vanne de régulation, serrez chaque boulon selon les spécifications, la réinstallez sur la machine et, dans les 500 heures, les raccords suintent à nouveau de l'huile. Les joints toriques ont l'air bien. Les ports ne sont pas endommagés. Alors, qu'est-ce qui n'a pas fonctionné ?

La réponse est presque toujours la vibration – et plus précisément, le fait que personne ne l’a amortie avant de boulonner la valve.

Les vannes de régulation se trouvent directement à la sortie de la pompe. Cela signifie que chaque impulsion de pression de la pompe principale, chaque coup de combustion du moteur diesel et chaque impact lorsque le godet heurte la roche envoie une onde de choc directement dans le corps de la vanne. Sans une isolation adéquate, ces vibrations desserrent les boulons, fissurent le moulage et détruisent les surfaces d'étanchéité bien avant que la vanne ne voie une goutte d'huile sale.

Pourquoi le montage standard échoue sous les vibrations réelles

La plupart des configurations de montage de vannes d'usine utilisent des supports en acier rigides et des œillets en caoutchouc conçus pour un banc d'essai et non pour un chantier. Le caoutchouc durcit après quelques cycles de chaleur. Les supports fléchissent sous la charge. Les boulons qui maintiennent le tout ensemble subissent des contraintes alternées à chaque fois que le moteur démarre – serrer, desserrer, serrer, desserrer – jusqu'à ce que la friction du filetage tombe en dessous de ce qui est nécessaire pour rester en place.

La fréquence de pulsation de pression de la pompe sur une pompe principale de pelle typique se situe entre 40 et 120 Hz en fonction du régime moteur et de la cylindrée de la pompe. Cette plage correspond à la fréquence de résonance naturelle de la plupart des supports de montage de vannes. La résonance amplifie les vibrations d'un facteur de trois à cinq fois. Ainsi, une impulsion de pompe qui mesure 0,02 mm de mouvement à la source devient 0,1 mm au niveau de la valve – suffisamment pour fatiguer un boulon en quelques semaines.

Les vibrations induites par les tuyaux sont un deuxième problème qui est ignoré. Le tuyau haute pression reliant la pompe à la vanne fouette à chaque fois que la flèche oscille ou que la cabine tourne. Ce tuyau agit comme un fouet, transférant l'énergie cinétique directement dans l'orifice d'entrée de la valve. Les raccords de tuyaux rigides aggravent la situation car ils transmettent chaque secousse sans rien absorber.

Construire un système d’isolation contre les vibrations qui fonctionne réellement

Choisir le bon matériau et le bon emplacement pour l'isolateur

Tous les caoutchoucs ne sont pas identiques. Les bagues en caoutchouc souple fournies en stock sur la plupart des machines se dégradent rapidement lorsqu'elles sont exposées au brouillard d'huile hydraulique et à la chaleur du moteur. En 2 000 heures, ils se transforment en plastique dur qui transmet les vibrations au lieu de les absorber.

Utilisez des supports en caoutchouc nitrile ou en polyuréthane conçus pour une exposition continue à l'huile et des températures allant jusqu'à 120 degrés Celsius. Le duromètre doit être d'environ 60 à 70 Shore A – suffisamment souple pour absorber les vibrations à haute fréquence mais suffisamment ferme pour maintenir le poids de la valve sans toucher le fond.

Placez des isolateurs en trois points : deux sous la bride de montage de la vanne et un à l'extrémité de l'actionneur. L'extrémité de l'actionneur est essentielle car c'est là que le solénoïde ou le levier ajoute une masse concentrée. Un seul isolateur sous l'actionneur empêche l'ensemble de basculer sur ses boulons de fixation.

L’espacement compte aussi. Gardez les isolateurs aussi près que possible des points de montage de la vanne – idéalement à moins de 25 mm de chaque trou de boulon. Si vous montez les isolateurs loin de la vanne, le support fléchit entre le support et la vanne et vous perdez la majeure partie de l'effet d'amortissement. Pensez-y comme à une suspension de voiture : le ressort doit être juste au niveau de la roue, et non à mi-hauteur de l'essieu.

Concevoir le support pour qu'il fléchisse au lieu de la valve

Le support de montage lui-même doit être le composant qui absorbe le mouvement, et non le corps de la vanne. Cela signifie utiliser une conception de support avec des zones de flexion intentionnelles – des sections minces ou des trous oblongs qui permettent un mouvement contrôlé.

Une approche courante consiste à utiliser des trous de boulons surdimensionnés dans le support, généralement 2 mm plus grands que le diamètre du boulon. Ce jeu permet au support de se déplacer légèrement sous l'effet des vibrations sans transférer la charge sur les filetages de la vanne. Côté vanne, utilisez des trous de taille standard pour que la vanne reste verrouillée en position par rapport à sa propre surface de montage.

Certains ateliers soudent une petite languette en acier avec un tampon en caoutchouc entre le support et la bride de la vanne. La languette est suffisamment fine pour fléchir mais suffisamment épaisse pour supporter la charge statique. Sous l'effet des vibrations, la languette se plie et le caoutchouc se comprime, dissipant l'énergie sous forme de chaleur au lieu de la transmettre au moulage.

Évitez les supports rigides de type pince qui se boulonnent à travers le corps de la vanne. Ceux-ci créent des charges ponctuelles qui fissurent les boîtiers en aluminium des machines compactes. Répartissez la force de serrage sur toute la bride à l'aide d'un support de type berceau qui entre en contact avec la vanne sur toute sa surface inférieure.

Stratégies de boulons et de fixations pour les installations sujettes aux vibrations

Empêcher le desserrage automatique du boulon avant qu'il ne commence

Le composé frein-filet constitue la première ligne de défense, mais tous les frein-filet ne gèrent pas les vibrations de la même manière. Le frein-filet anaérobie de résistance moyenne – celui qui nécessite de la chaleur pour être éliminé – fonctionne mieux sur les boulons des vannes de régulation. Il durcit dans l'espace du filetage et crée une liaison solide qui résiste aux charges alternées dues aux pulsations de la pompe.

Appliquez le frein-fil uniquement sur les filetages mâles. Le placer sur la surface d'assise modifie la lecture effective du couple et vous donne une fausse sensation d'étanchéité. Une couche fine et uniforme sur les trois ou quatre premiers fils suffit : l'excès de composé s'infiltre dans la galerie d'huile et provoque des blocages.

Pour les emplacements les plus soumis aux vibrations (généralement les boulons de montage de l'orifice d'entrée et les boulons de rétention de l'actionneur), ajoutez un verrou mécanique. Les rondelles Nord-Lock ou les rondelles de blocage fendues fonctionnent, mais la méthode la plus fiable sur les vannes d'excavatrice consiste à faire passer un fil de sécurité à travers la tête du boulon et dans un trou percé dans la bride. C'est de la vieille école, moche, et ça marche. Chaque contrôle d'entretien consiste à tirer le fil pour confirmer que le boulon n'a pas tourné.

Serrez les boulons selon le modèle en étoile décrit dans le manuel d'entretien, mais ajoutez un deuxième passage à 75 % du couple final après un arrêt de cinq minutes. Cela permet aux isolateurs en caoutchouc de se stabiliser dans leur position comprimée avant que vous n'appliquiez la pleine charge de serrage. Sauter le temps d'arrêt signifie que les isolateurs rebondissent après le serrage, réduisant ainsi la force de serrage jusqu'à 20 %.

Gestion des effets des cycles thermiques sur les vannes montées

Chaque fois que la machine démarre à froid et se réchauffe, le moulage de la valve se dilate. Les boîtiers en aluminium se dilatent plus que les supports en acier, soit environ deux fois plus par degré. Cette expansion différentielle crée une contrainte de cisaillement à chaque point de montage.

Utilisez au moins un point de montage coulissant dans la conception du support. Un agencement à fente et boulon permet à la vanne de se dilater librement dans une direction tandis que les deux autres points la maintiennent en position. Sans point coulissant, la force d'expansion combat la précharge du boulon et desserre progressivement chaque fixation du côté chaud de la vanne.