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HYDR ULIQUE
INDUSTRIELLE
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Permettre aux étudiants d'appréhender un système hydraulique pour enmodifier le cahier des charges et lui donner une fonctionnalitésupplémentaire.
Permettre aux étudiants d'appréhender un système hydraulique pour luiredonner la fonctionnalité pour lequel il avait été prévu, en changeant,
modifiant des éléments n'assurant plus leur fonction ou ayant un mode defonctionnement dégradé.
Objectifs
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• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique (6)• 1B Viscosité (14)• 1C Régimes d'écoulements (17)• 1D Compressibilité et dilatation (21)• 1E Pertes de Charges (24)
Principes généraux
Le fluide hydraulique
La symboliquehydraulique
• 2A Les produits aqueux (32)
• 2B Les huiles minérales (34)
• 2C Les huiles de synthèse (36)
• 2D Caractéristiques (37)
• 2E Désignation des huiles minérales (47)
• 2F Contrôles (49)
• 3A Autour du réservoir (52)
• 3B Autour du groupe de pompage (53)
• 3C Autour des distributeurs (54)
• 3D Autour des actionneurs (55)
Sommaire
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• 4A Le Réservoir (56)
• 4B Le Filtre (61)
• 4C Les Canalisations (63)
• 4D Les Accumulateurs (77)
• 4E Le clapet anti-retour (88)• 4F Le limiteur de pression (91)
• 4G Le réducteur de pression (98)
• 4H Le limiteur de débit (103)
• 4I Le régulateur de débit (107)
• 4J Le diviseur de débit (111)
• 4K Le distributeur (113)
• 4L La pompe (125)
• 4M Le vérin (179)
• 4N Le moteur
• 4O Synthèse sur la technologie
La technologie
Sommaire
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Risques etpréventions en
intervention
Sommaire
Problèmes etsolutions
technologiques
Bibliographie (203) Conclusion (204)
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Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
La pression
AC
F2D
B
F1M
Soit une surface ABCD (S) de centreM, le liquide exercede chaque coté de
la surface uneforce. Les forces
sont égales etopposées.
Si l’on fait tendre ABCD vers 0 le rapport dF/dS tend vers une
valeur finie p que l’on appelle la pression
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Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
Théorème du travail
Pour faire passer un volume V de (1) (2) si p1<p2, onexerce sur le système de transfert un travail mécanique W.
W=V.(p2-p1)
Pour faire passer un volume V de (2) (1) si p1<p2, onrécupère sur le système de transfert un travail mécanique W
identique au précédent.
Volume V1
Pression p1
Volume V2
Pression p2(1) (2)
Système
de
transfert
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Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
Théorème des puissances
qv est le débit volumique par seconde et p la pressionrelative
pq p pq p pt V
t W P vv 1212
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Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
Comportement des fluides en mouvement
Q1 ; S1 ; c1 Q3 ; S3 ; c3 Q2 ; S2 ; c2
Dans le cas d’un fluide
qui s’écoule dans un
tube de section variable,le volume ou débit qui
passe par une section enun temps déterminé estle même quelle que soit
la section considérée
3322111 cS cS cS Q Equation decontinuité
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Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
Comportement des fluides en mouvementL’énergie contenue dans un
fluide qui passe dans un tubese décompose en :
Énergie potentielle elledépend de la hauteur de lacolonne de fluide et de la
pression statique
Énergie cinématique elledépend de la vitesse du fluideet de la pression dynamique
cstec z g p 2
2
1
Q1 ; S1 ; c1 Q3 ; S3 ; c3 Q2 ; S2 ; c2
Equation del’énergie selon
Bernoulli
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pour la longueur pour la masse pour le temps pour l’intensité pour la température pour la matière
pour l’intensité lumineuse
Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
1 bar =105 Pa 1 N/mm²=1 MPa1 N/m²=1 Pa 1 ch. = 736 W
T (K) = T (°C) + 273,18 A retenir :
Le mètre (m)
Le kilogramme (kg)
La seconde (s)
L’Ampère (A)
Le Kelvin (K)
La mole (mol)
Le candela (cd)
• Par décret du 03/05/61 modifié le 04/12/75, le système légal est le S.I. soit :
Les unités fondamentales
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Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
200 bars sont équivalents à 20 000 voltsPour fixer les idées :
En hydraulique :
En hydrauliqueaéronautique :
L’unité est le bar. 1 bar = 1 daN/cm²Les unités retenues sont alors :
le cm longueurla tonne massele déca newton force
L'unité est le psi (Pound per Square Inch).1000 psi = 68,944 bars
Les unités fondamentales
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• W = F . l système en translation• W = M . q système en rotation• W = p .V système hydraulique• W = I . U . t système électrique
Principes généraux• 1A Relations entre énergie mécanique et énergie hydraulique
• Travaux ou énergies :
F : force l : longueur M : couple c : vitesse linéaire
p : pression V : volume U : tension w : vitesse angulaireI : intensité t : temps q : angle q : débit volumique
• Puissances :
• P = F . c système en translation
• P = M . w système en rotation
• P = p .q système hydraulique• P = U . I système électrique
Relations importantes
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Principes généraux• 1B Viscosité
Viscosité dynamiquem
(Mu)
Soit deux particules fluidestrès voisines en contact
suivant une petite facette dS
dcdS
dy F d t
.
.
m
dS
dF1/2 dFn
dFt dy
c
c +dc
2
1
L’unité est :
le Pa.s
ou
le Poiseuille
Viscositédynamique
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Principes généraux• 1B Viscosité
Viscosité dynamique m (Mu)
fluide Température
(°C) Viscosité
dynamique m
(Pa.s)
Masse
volumique
(kg/m 3)
Eau 20 10-3 998
Eau 50 0,55.10-3 987
Pétrole 15 1,85.10-3 800
Huile Glycérine 20 1,49 1260
20 10-2
à 4.10-2
880 à 950
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Principes généraux• 1B Viscosité
Viscosité cinématiquen
(Nu)
Autres viscosités
m
est la masse volumique du fluideconsidéré.
L’unité est le m²/s ou le St (Stoke). Leplus souvent on utilise le centi-Stoke.
1cSt = 1 mm²/s
En Europe le degré Engler °E
En Angleterre la seconde de Redwood " R
Aux USA la seconde de Saybolt " S
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Principes généraux• 1C Régimes d’écoulements
Nombre de Reynolds Re
d c Re
Re est
sansunité
n : viscosité cinématique (m²/s) ou (St)d : diamètre intérieur de la conduite (m)c : vitesse d'écoulement (m/s)
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Principes généraux• 1C Régimes d’écoulements
Régime Laminaire
Champ derépartition desvitesses
Re < 2000
A retenir :Un système en
régime laminaire
peut devenirturbulent sousl'action des
vibrations induitespar un moteur ou
pompe.
Les filets fluides restent // entre eux. Dans les conduites hydrauliques de
sections circulaires et lisses, on obtientun régime laminaire tant que :
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Principes généraux• 1C Régimes d’écoulements
Régime Turbulent
Re > 3000
Champ derépartition desvitessesdésordonné
Remarque :Si Re > 105, on
qualifiel'écoulement de
turbulent rugueuxet entre 3000 et105 de turbulent
lisse.
Les filets fluides s'orientent de façonaléatoire. Dans les conduites
hydrauliques de sections circulaires etlisses, on obtient un régime turbulent si :
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Principes généraux• 1C Régimes d’écoulements
Régime Transitoire
2000< Re < 3000
Les filets fluides s’organisent et se
désordonnent au grès des variationsde la canalisation. Il existe une plaged'écoulement dont le régime est dit
incertain.
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Principes généraux• 1D Compressibilité et Dilatation
Compressibilité
Pour les calculs de puissance et de travail dans le domaine hydrostatique lefluide utilisé est considéré comme incompressible mais cette notion reste
essentielle pour le calcul des servomécanismes.
V
p
Soit un fluide, sous unepression p dans un récipientde volume V et obturé par un
piston mobile.
DV
VDV
p+D p On fait varier le volume V
d'une quantité DV négative,alors la pression augmented'une quantité Dp positive.
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Principes généraux• 1D Compressibilité et Dilatation
CompressibilitéDV
V V-DV
p p+D p
dp
dV
V 1
A retenir :Pour les huiles minérales on aexprimé en Pa-1.
1111 10.80;10.60
Le coefficient de compressibilité est noté etest défini par :
On parle également de module de compressibilité du fluide EF, il est défini par :
1 F E
A retenir :Pour les huiles minérales on aexprimé en MPa.
1700;1250 F E
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Principes généraux• 1D Compressibilité et Dilatation
Coefficient volumique de dilatation thermique
Ce coefficient a est défini, à pression constante, par :
A retenir :Pour les huilesminérales on aa=0,7.10-3 °C-1.
T
V V
D
Da
V : volume initialDV : variation de volumeDT : variation de température (°C)
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Principes généraux• 1E Pertes de charges
Introduction
z
Entrée (E)
Sortie (S)
Dès qu'il y a une chute de pression D p entre la sortie et l'entrée d'un système,
on dit qu'il y a perte de charge.
L'équation de Bernoulli s'écrit donc pourune canalisation correspondant au
schéma précédent : p : pression (Pa)c : vitesse d'écoulement (m/s) : masse volumique (kg/m3)z : cote (m)g : accélération de la pesanteur(m/s2)
JSE est l'énergie correspondant aux pertes de charge (0) en J/kg.
SE E S
E S E S J z z g cc p p
2
22
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Principes généraux• 1E Pertes de charges
Introduction
Dans le cas d'une conduite hydraulique, la variation de cote (z) est négligeableainsi que la variation d'énergie cinétique . On obtient alors :)( 22
E S cc
SE S E J p p p D
Il existe 2 types de pertes de charges :
•Les systématiques ;
En régime laminaire ;En régime turbulent lisse ;En régime turbulent rugueux.
•Les singulières.
On retrouve les pertes decharges systématiquesdans les canalisations
simples et les pertes decharges singulières pourtoutes les anomalies dansles circuits (étranglements,coude,…).
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Principes généraux• 1E Pertes de charges
Pertes de charges systématiques en régime laminaire
d
c
p 2
2
D
l : longueur de la conduite (m)c : vitesse d'écoulement (m/s)
: masse volumique (kg/m3)d : diamètre intérieur del'écoulement (m)n : viscosité cinématique (m2/s)
e R
64
A noter : La température influence la viscosité, elle influence donc aussi lespertes de charges.
Systématiqueen régimelaminaire
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Principes généraux• 1E Pertes de charges
Pertes de charges systématiques en régime turbulent lisse
d
c p
2
2D
l : longueur de la conduite (m)c : vitesse d'écoulement (m/s) : masse volumique (kg/m3)d : diamètre intérieur del'écoulement (m)n : viscosité cinématique (m2/s)
25,0316,0 e R Systématique
en régimeturbulent lisse
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Principes généraux• 1E Pertes de charges
Pertes de charges systématiques en régime turbulent rugueux
d
c
p 2
2
D
l : longueur de la conduite (m)c : vitesse d'écoulement (m/s)
: masse volumique (kg/m3)d : diamètre intérieur del'écoulement (m)n : viscosité cinématique (m2/s)
A noter : Pour atteindre le régime turbulent rugueux, il faut des vitesses d'écoulementtrès rapides donc inutilisées en transmission de puissance hydrostatique.
d
79,0
: hauteur moyennedes aspérités (mm)En pratique pour lestubes en acier soudés :
25,0;15,0
Systématique enrégime turbulent
rugueux
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Principes généraux• 1E Pertes de charges
Pertes de charges singulières
c : vitesse d'écoulement (m/s) : masse volumique (kg/m3)x (Xi) une constante fonction dela singularité
Voir le tableau fourni :
2
2c
p
D x
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Le Fluide Hydraulique
Introduction
Il existe 3 types de fluide :•les produits aqueux •les huiles minérales•les huiles de synthèse
Les huiles minérales sont de loin les plus utilisées dansles transmissions de puissances hydrauliques. Pour descas spécifiques, on peut utiliser les 2 autres.
Les produits aqueux sont des liquides à base d'eau.
L'huile de synthèse est composée d'une structuremoléculaire unique.
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Le Fluide Hydraulique• 2A Les produits aqueux
L'eau est le fluide qui remplit le mieux la caractéristiqued'ininflammabilité.
On y rajoutait souvent de la glycérine pour abaisser sa température decongélation ainsi qu'améliorer son pouvoir graissant.
Aujourd'hui c'est le glycol qui remplace la glycérine.
A noter :Le principal problème est l'évaporation de l'eau. Cela change les propriétésinitiales du fluide, il faut donc vérifier régulièrement les proportions dumélange et rajouter de l'eau.
Les produits eau + glycol sont utilisés dans les systèmes agroalimentaires.Ils retrouvent aujourd'hui aussi un intérêt dans les systèmes "écologiques".
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Le Fluide Hydraulique• 2A Les produits aqueux
Eau + glycol Eau + huile
Plage de température -20 à + 60 °C +5 à +60 °C
Masse volumique(kg/dm3)
1,1 1
Prix De 2 à 4 fois plus cher que l'huile minérale
Applications Fonderie, sidérurgie, mines, aéronautique
Caractéristiques
Précautions d'emploi
Faible pouvoir lubrifiant
Très faible viscositéFaible durée de vieGonflement des organes en polyuréthaneUtilisation de cartouches filtrantes adaptées Agressivité envers le cadmium, le zinc, lemagnésium
Tableau comparatifs
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Le Fluide Hydraulique• 2B Les huiles minérales
Pétrolebrut
Distillationà pa
Distillationsous vide
Huilebrute
Hydrocarburesaturé
Hydrocarbure
non saturé
Aromatique
Paraffinenormale
Isoparaffinenaphtène
benzèneéthylène…
L'huile minérale est obtenue par transformation chimique du pétrole.
La composition de l'huile minérale est une chaîne complexe comportantgénéralement :
•Une huile aromatique•Un hydrocarbure saturé de type naphtène•Un hydrocarbure saturé de type paraffine normale
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Le Fluide Hydraulique• 2B Les huiles minérales
A noter:On ajoute très souvent des additifs pour répondre à des fonctionsspécifiques à assurer par le fluide.
Pour éviter une usure prématurée du fluide hydraulique, on limite satempérature en tout point du circuit à 60°C.
A retenir :Le fluide hydraulique est cancérigène ; si une blessure s’infecte à lasuite d’un contact avec un fluide hydraulique, consulter un médecin.
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Le Fluide Hydraulique• 2C Les huiles de synthèse
Tableau comparatifs
Ester phosphatique(skydroll)
Hydrocarburechloré
Plage de température -20 à + 150 °C -20 à + 150 °C
Masse volumique(kg/dm3)
1,2 1,4
Prix De 2 à 4 fois plus cher que l'huile minérale
Applications Mines, Aéronautique
CaractéristiquesPrécautions d'emploi
Masse volumique importante Agressivité envers les matériaux non ferreux(téflon)Utilisation de joint en Éthylène PropylèneFiltration lenteUtiliser des tuyaux de grosses sections
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Indice de Viscosité Vi
Huile série L
Huile série H
Huile examinée
température210 °F100 °F
H U
L
"S
Cet indice est fondamental dans le domaine de l'hydraulique industrielle. Ils'agit en effet d'un indice qui prend en compte la variation de la viscosité en
fonction de la température.
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Indice de Viscosité Vi
Huile série L
Huile série H
Huile examinée
température210 °F100 °F
H
L
"S
L'huile de série L est une huile asphaltique ayant une variation de viscosité importante avecla température et à laquelle on attribue un indice 0.
L'huile de série H est une huile paraffinique ayant une faible variation de viscosité avec latempérature et à laquelle on attribue un indice 100.
L'indice de viscosité Vi estcalculé à la températurede 100°F (38 °C)
100
H L
U LV i
U
Les deux huiles deréférence ont une viscositéà 210 °F (99 °C) identique.
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
A retenir :Pour les fluides hydrauliques, on exige un indice de viscosité proche de100.Plus l'indice est élevé moins il y a de risque que le fluide subisse unchangement de viscosité avec une variation de la température.
A froid on observe souvent des phénomènes de cavitation.
La viscosité double au-delà de 350 bars.
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Le point d'aniline est la température correspondant au changement d'aspect d'unmélange d'aniline et d'huile (en parties volumétriques égales) pendant sonrefroidissement. A haute température, le mélange est limpide et lors de son
refroidissement il se trouble, c'est ce changement d'aspect qui donne le point d'aniline.Hydrauliquement, cette notion est très importante car 2 huiles de caractéristiquesvoisines (acidité, viscosité, pureté,…) auront des comportements différents envers le
caoutchouc, élément largement utilisé dans la fabrication des joints d'étanchéité. Cepoint d'aniline permet dans la plupart des cas d'utilisation de caoutchouc synthétique,de déterminer si celui-ci gonflera ou rétrécira. L'objectif est que la variation de volumedu joint soit la plus faible possible. En général, plus le point d'aniline est élevé et plus le joint se contracte, devient donc dur et cassant, et inversement plus le point d'aniline estbas (en dessous de 80) et plus le joint gonfle et devient donc mou. Une bonne valeurde PA est aux environs de 100.
Point d’aniline
A retenir : Attention aux nettoyages aux hautes pressions avec des agents solvants, ilsagressent les joints.
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
L'onctuosité est l'aptitude à réduire les frottements entre deux surfaces. Plus lapellicule fluide interposée entre les surfaces est permanente et plus le glissementest facile et plus l'onctuosité est importante.
Onctuosité
A retenir : Pour les huiles minérales il est aux environs de 120 °C.
Point éclair ou d’inflammabilité
C'est la température à laquelle il faut chauffer le fluide pour que les vapeursproduites s'enflamment au contact d'une flamme ET s'éteignent aussitôt.
Point de feu ou de combustion
C'est la température à laquelle il faut chauffer le fluide pour que les vapeursproduites s'enflamment au contact d'une flamme ET demeurent allumées aumoins 5 secondes.
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Point d’auto inflammation
C'est la température à laquelle il faut chauffer le fluide pour qu'il s'enflammespontanément au contact de l'air .
Il y a 3 moments :Point de trouble : C'est la température où apparaît une opacité due à lacristallisation de la paraffine lorsque la température s'abaisse.Point de figeage ou d'écoulement : C'est la température où l'huile ne peut pluss'écouler.Pour les huiles minérales il est de –30°C.Point de fluage : C'est le point inverse du figeage mais en partant d'une huilecongelée. Lorsque deux pièces congelées, avec l'huile qui les entoure,redeviennent mobiles par un réchauffement lent on obtient le point de fluage.
Point de congélation
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Propriétés anti-corrosives ou indice d’acide
En hydraulique de nombreuses pièces sont en cuivre et en acier. Il est importantque le fluide n'agresse pas ces matériaux. En plongeant une lame de cuivre dansle fluide pendant 3 heures à 100°C on apprécie ou non la présence d'acide danscelui-ci si il y a un changement d'aspect de la lame.L'indice d'acide est le nombre de milligramme de potasse nécessaire à neutraliser1 gramme du fluide.
Après chauffage sous certaines conditions du fluide étudié il ne reste plus que ducoke. L'importance et l'aspect de celui-ci renseigne sur l'aptitude du fluide à ne pastrop se déposer sur les parois lors d'utilisation à des températures très élevées.
Carbone résiduel
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Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Comportement vis-à-vis de l’air ou dés émulsion Tout fluide est capable d'absorber
une certaine quantité d'air sans pourautant que ses caractéristiquessoient notablement modifiées.
Au delà d'une certaine quantité d'air le fluide est "diminué" car les molécules d'air se juxtaposent. On définit donc un coefficient de solubilité appelé coefficient de Bunsen oud'Oswald.La quantité d'air est proportionnelle à la pression. Il est donc très important dans lessystèmes hydrauliques d'en tenir compte. Plus la pression est élevée et moins il y a d'air.
Molécules d'huile
Molécules d'air
A retenir :Pour l'air dans l'huile le coefficient vaut 0,09 soit environ 10 %Pour l'air dans l'eau le coefficient vaut 0,02
A noter :Pour des températures, du fluide, supérieures à 60°C, chaque tranche de 10°C
supplémentaire, double l’oxydation à l’air ; il faut penser alors à le refroidir.44 / 204
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Hydraulique Thierry Boulay
Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Conductibilité thermique
Elle caractérise l'aptitude du fluide à évacuer la chaleur produite par les diversfrottements mécanique ou hydraulique.Un mauvais refroidissement par conduction du fluide peut obliger l'adjonction d'unéchangeur huile air.
Elle caractérise l'aptitude du fluide à ne pas conduire l'électricité en cas de court-circuit.
Il est important pour le bon fonctionnement des organes électriques que lacontinuité électrique ne soit pas remise en cause par une fuite de courant par lefluide hydraulique.
Non conductibilité électrique
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Hydraulique Thierry Boulay
Le Fluide Hydraulique• 2D Caractéristiques
Autres caractéristiques
Un certain nombre d'autres caractéristiques permet d'améliorer le fluide, il s'agit :
•Du pouvoir détergent :
Caractérise l'aptitude du fluide à nettoyer en permanence les surfacescontaminées dans lequel il circule.
•Du pouvoir de désaération :Caractérise l'aptitude du fluide à permettre aux bulles d'air de remonter àla surface, au niveau de la bâche.
•Du pouvoir anti-usure :Caractérise l'aptitude du fluide à limiter l'usure des pièces métalliques enmouvement à son contact.
•Du pouvoir anti-mousse :Caractérise l'aptitude du fluide à s'opposer à la formation de mousse ensurface lors des remontées de bulles d'air.
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Hydraulique Thierry Boulay
Le Fluide Hydraulique• 2E Désignation des huiles minérales
Il s'agit d'une classe de viscosité, on aura donc une valeur mini et une valeur maxiautour de la valeur nominale. Il existe 7 classes : 15 ; 22 ; 32 ; 46 ; 68 ; 100 et 150.
viscosité cinématique n enmm2/s à 40 °C
ISO VG 100
Classe 15 22 32 46 68 100 150
Mini 13.5 19.8 28.8 41.4 61.2 90 135
Maxi 16.5 24.2 35.2 50.6 74.8 110 165
Elle est établie à partir de la norme ISO ASTM. International StandardOrganisation American Society for Testing and Materials.
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Hydraulique Thierry Boulay
Le Fluide Hydraulique• 2E Désignations des huiles minérales
Autres caractéristiques
HH : huile minérale brute
HM : HL + pouvoir anti-usure
HV : HM + viscosité élevée
HG : HM + anti-stick-lip (broutement)
Pour chaque classe il existe 5 catégories HH ; HL ; HM ; HV et HG allant de laplus simple à la plus élaborée.
HL : HH + pouvoir anti-rouille + pouvoir anti-oxydation
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Hydraulique Thierry Boulay
Le Fluide Hydraulique• 2F Contrôles
Qualitatif
Effets Causes
Visuel Mousse couleur particules Eau, air Oxydation par l'air métaux
Auditif Bruits anormaux Air dans le circuit
Olfactif Odeurs anormales Fluide en décomposition du à q élevée
QuantitatifIl est effectué sur un échantillon prélevé ( 100ml). C'est le fabricant d'huile
qui fournit le flacon et effectue le contrôle, il vérifie :La couleur ; La viscosité ;La teneur en eau ; La présence de composées ;La présence d'additifs ; La présence de sédiments ;Le nombre de particules et leur taille ;…
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Le Fluide Hydraulique• 2F Contrôles
QuantitatifIl existe 14 classes de pollution. On fait passer sur un filtre de 1mm 100cm3 de fluide, ondénombre automatiquement alors les particules en fonction de leur taille. Norme ISO 4406de 1999. Si pas de comptage automatique (APC) le code ne contient que 2 chiffres
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> 4 mm > 6 mm > 14 mm Codede à de à de à
4000000 8000000 500000 1000000 64000 130000 23/20/17
2000000 4000000 250000 500000 32000 64000 22/19/16
1000000 2000000 130000 250000 16000 32000 21/18/15
500000 1000000 64000 130000 8000 16000 20/17/14
250000 500000 32000 64000 4000 8000 19/16/13
130000 250000 16000 32000 2000 4000 18/15/12
64000 130000 8000 16000 1000 2000 17/14/11
32000 64000 4000 8000 500 1000 16/13/10
16000 32000 2000 4000 250 500 15/12/9
8000 16000 1000 2000 130 250 14/11/8
4000 8000 500 1000 64 130 13/10/7
2000 4000 250 500 32 64 12/9/61000 2000 130 250 16 32 11/8/5
500 1000 64 130 8 16 10/7/4
22/19/16
19/16/13 16/13/10
20/17/14
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Le Fluide Hydraulique• 2F Contrôles
Quantitatif : tableau de références selon classe de propreté
A noter : L’huile se
retraite, avec 3litres d’huile
usagée, on enrefait 2 litres.
Attention toutefoisà ce qu’elle ne
soit pas chloréecar l’opération est
alors impossible.Si elle est troppolluée, elle estincinérée.
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Utilisation 19/16/13 21/17/13 22/18/15 23/20/17
Servovalves
Vannes de régulation
Soupapesproportionnelles
PompesP > 160b
PompesP < 160 b
Hydraulique bassepression
Hydraulique Thierry Boulay
La Symbolique Hydraulique
Introduction
On peut décomposer la constitution d'un système hydraulique en 4 zones.
Le réservoir
Le groupe depompage et sa
protection
Le système dedistribution
Les actionneurs
Doit contenir le fluide dans son état initialde propreté et de caractéristiques
Doit assurer le bon guidage du fluide souspression et respecter le débit
Sans eux pas de système utile. Ils doivent
résister aux efforts moteurs et récepteurs
C’est lui qui doit délivrer le débit
permettant d’assurer les bonnes vitesses
de déplacement et assurer le besoin depression aux actionneurs
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Réchauffeur
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La Symbolique Hydraulique• 3A Autour du réservoir
Réservoir
Manomètre FiltreRefroidisseur Accumulateur
de pilotage de travailde retour
Les canalisations
Raccordementnon séparable
Raccordementséparable
Conduiteflexible
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Raccord rapide à clapet
couplé
fermé
Raccord :branché
bouché
Clapet anti-retour piloté
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La Symbolique Hydraulique• 3B Autour du groupe de pompage
Pompe àcylindréefixe et à unsens deflux
Pompe à cylindréefixe et à deuxsens de flux
Clapet anti-retour
Sans ressort
Clapet anti-retour
avec ressort
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Pompe à cylindréevariable et à unsens de flux
Débitmètre
A c c o u p l e m e n t
Limiteur de
pression réglable
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La Symbolique Hydraulique
/ 2 positions
• 3C Autour des distributeurs
Vanne d'isolement NO
mécanique
manuellePoussoirà crans
Poussoir
électriqueà deux
enroulementsà un
enroulement
5 voies / Galet Ressort
Poussoir Pédale Levier
Exemple de réalisation
4/3 commande électrique et rappel aucentre par ressort
P
A B
T
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fluidiquepneumatique hydraulique
Commandes :
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La Symbolique Hydraulique• 3D Autour des actionneurs
Réducteur dedébit réglable
Moteur àcylindréefixe et à unsens de flux
Schéma simplifié d'un vérinsimple effet à rappel par ressort
Vérin rotatif
Schéma détaillé d'un vérin double effetavec
Moteur àdeux sensde flux et àcylindrée
variable
56 / 204Vérin télescopique
amortisseur arrière réglable
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La Technologie• 4A Le réservoir
Il sert à stocker le fluide, une grande capacité est nécessaire pour assurer lerefroidissement et sa désaération. En outre il doit permettre la vidange et lavisualisation du niveau.Sur le couvercle sont fixés le groupe moto-pompe, un manomètre et unclapet by-pass.
Voir le document fourni
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La Technologie• 4A Le réservoir
A
RETENIR
…/
…
La cloison sert de refroidisseur par conduction avec le milieu extérieur.Cette cloison de stabilisation permet aussi de séparer la chambre
d'aspiration de la chambre de retour.
En circuit ouvert la quantité convenable estimée est de 3 fois le volumerefoulé par la pompe pendant 1 minute.
Le filtre à l'admission est en général une crépine de 150 mm.
Les tuyauteries de refoulement et d’aspiration seront coupées en biseau
et tournées vers l’extérieur de la paroi.
59 / 204
Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4A Le réservoir
…
/
…
A
RETENIR
La vidange s'effectue généralement toutes les 2000 à 3000 heures ou aumoins une fois par an. Au niveau du remplissage un filtre de 10 à 20 mm est
installé, le filtre doit en fait avoir un pouvoir supérieur au besoin.
Pour respecter les nouvelles directives environnementales, il doit y avoirautour du réservoir un bac de récupération du fluide hydraulique, ce bacdoit être capable d’accueillir la quantité de fluide qu’il y a dans le circuit.
Sur l’un des bouchons de vidange, placer un robinet qui permettra
d’évacuer l’eau du fond du bac. Pour les systèmes qui fonctionnent
souvent, il y a condensation régulière et il faut prévoir une purge toutes lessemaines.
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La Technologie• 4A Le réservoir
Schéma de principe des constituants Le clapet by-pass estouvert au repos etpermet au démarraged’éviter le pic de
pression. Quand lapompe est en régimeétabli, on actionne le by-pass.
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La Technologie• 4B Le filtre
Elément indispensable, il retient les particules solides et évite lesgrippages, les rayures et donc participe à l'augmentation de la MTBF.Si les jeux d’un mécanisme hydraulique sont de l’ordre de 5 mm, il estnécessaire de filtrer le fluide avec un tamis de 3 à 4 mm.
Techniques de filtrations
Il existe 3 techniques.
le fluide passe dans un filtre (papier, toile, fibres,…)
les particules magnétiques sont attirées
les particules tombent dans la réserve
Par tamisage
Par effet magnétique
Par décantation
Inconvénient : occasionne des pertes de charges singulières élevées
Inconvénient :
Inconvénient :
ne retient que les particules magnétiques
la masse volumique de la particule doit être
supérieure à celle du fluide62 / 204
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La Technologie• 4B Le filtre
C'est le filtre le plus utilisé. On le trouvaitau niveau de l'aspiration mais il crée descavitations et est donc maintenant installésur la boucle de retour. Il est égalementinstallé sur les éléments eux mêmes pourles protéger.Les toiles métalliques ont un pouvoir defiltration jusqu'à 20 mm. Les toiles depapier imprégné ont elles un pouvoir derétention des particules jusqu'à 5 mm.Pour le nettoyage des toiles métalliques on
utilise des bains à ultrasons. Les toiles depapier sont jetables.Pour les systèmes pollués rapidement(systèmes avec beaucoup de vérins), onpeut dialyser le système pendant lespériodes de repos.
Le filtre à tamisage
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Introduction
La Technologie• 4C Canalisations
Elles doivent résister à la pression et aux agressions intérieures et extérieures.Elles ne doivent pas engendrer de grandes pertes de charge. Leurdimensionnement est normalisé.
Il existe deux types de canalisations :
Les rigides Les souples.
A retenir : Au niveau des raccordements, le diamètre de passage du fluide est souventplus petit que le diamètre intérieur de la canalisation. Il faut donc limiter lesraccords inutiles qui engendrent de nombreuses pertes de charge.Les nouvelles directives européennes imposent pour les canalisations flexiblesun anti-fouettement et une anti-aspersion. Elle est principalement réalisée parun câble qui empêche le tuyau de fouetter et donc aussi d’asperger. Les pertes de charges dans les canalisations souples sont très importantes,
préférer quand cela est possible les systèmes rigides.64 / 204
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Canalisations rigides
La Technologie• 4C Canalisations
Il s'agit le plus souvent de tube sans soudure (étirage à froid) évitant ainsi, lorsdu cintrage, de faire apparaître des particules.Matériau :
Tu 37 b (type standard) E235électro-zingué à l'extérieur
35 Cr Ni Ti 72 – 40 (si risqued'oxydation important)
A noter : Les tubes doivent être livrés bouchés aux extrémités et remplis degaz neutre. S'il n'en est pas ainsi il faut les nettoyer énergiquement avec de lasoude pour enlever les particules organiques puis les rincer puis les nettoyerune nouvelle fois au tri chlore pour enlever les graisses.
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Canalisations souples
La Technologie• 4C Canalisations
Il s'agit d'élastomère renforcé de fibres métalliques. La température d'utilisationdoit être comprise entre –40°C et +120°C. Elles existent selon deux techniquesde filage sur plusieurs couches :
A retenir :Si l’on peut maintenir la main sur une canalisation flexible alors le fluide àl’intérieur est en dessous de 70°C.
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La Technologie• 4C Canalisations
Règle de montage des tuyauteries souples
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La Technologie• 4C Canalisations
Les raccords
Il s'agit des éléments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sontréalisés selon différentes techniques :
Raccord à bride
Il est réalisé sur leprincipe de lacompression d'un joint intercaléentre deux facesd'appui
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La Technologie• 4C Canalisations
Les raccords
Il s'agit des éléments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sontréalisés selon différentes techniques :
Raccord vissé
Une zone sphérique estrapportée à la canalisationpar soudage. Un écrouconcentrique au tubeassure le maintien entreles éléments. Il est moinsencombrant que leprécédent.
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La Technologie• 4C Canalisations
Les raccords
Il s'agit des éléments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sontréalisés selon différentes techniques :
Raccord à épanouissement
Ce raccord est plussimple que leprécédent maismoins résistant auxvibrations et doncmoins endurant.
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La Technologie• 4C Canalisations
Les raccords
Il s'agit des éléments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sontréalisés selon différentes techniques :
Raccord à olive
L'olive est en laiton et vientse déformer lors du serrage.Le montage est très rapidemais pour des démontagesfréquents il est déconseillé.
L'olive peut être en acier traité. Elledoit alors présenter une arête vive.Système très utilisé en aéronautique.
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La Technologie• 4C Canalisations
Les raccords
Il s'agit des éléments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sontréalisés selon différentes techniques :
Raccord de flexible
Ils sont livrés montéspar le fabricant et parconséquent nonréparables.
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La Technologie• 4C Canalisations
Les raccords
Il s'agit des éléments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sontréalisés selon différentes techniques :
Raccord démontable étanche
Ils doivent être exclusivementutilisés pour les essais deséquipements hydrauliques.Les deux jonctions s'obturentautomatiquement.L'accouplement peuts'effectuer soit par vissagesoit par clips à billes.
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La Technologie• 4C Canalisations
Dimensionnement
Il faut y faire particulièrement attention. En effet il en existe deux séries noncompatibles :
• en millimètres
• au pas du gaz
Voir le document fourni
A noter : Il existe une pression d’épreuve pour les canalisations, elle est 1.5fois supérieure à la pression de service.
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La Technologie• 4C Canalisations
Détermination du diamètre de la canalisation
Dans une même installation hydraulique, les dimensions des canalisations sontdifférentes selon leur destination et donc les vitesses d'écoulement aussi :
Aspiration : 0,6 m/s si n=150 mm²/s0,75 m/s si n=100 mm²/s1,2 m/s si n=50 mm²/s1,3 m/s si n=30 mm²/sTravail sur machines fixes :
avec n entre 30 et 1502,8 m/s si p=25 bar
3,8 m/s si p=50 bar4,8 m/s si p=100 bar5,5 m/s si p=200 bar6 m/s si p>200 bar
Sur les machines mobiles les vitessessont à multiplier par 1,2 à 2
Retour : 2 à 3 m/s Drainage : 1 à 1,5 m/s
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Leur rôle
stocker un certain volume de fluide sous pression pour le restituer enfonction des besoins.
pour les commandes d'urgence (terminer un mouvement, actionnerun frein,…)
amortir les chocs dans les démarrages des installations.
Une chambre à deux orificesséparés par un élément étanche.L'un des orifices est relié ausystème et l'autre permet leremplissage avant utilisation d'ungaz générant un contre effort. Legaz utilisé est l'azote (gaz inerte).
Le principe orifice de remplissage
gaz générantun contre effort
chambre
élément étanche
orifice relié au système78 / 204
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La Technologie• 4D Accumulateurs
A membrane
Il en existe 3 principaux types
VisséeSoudée
A vessieA piston
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Sécurité
A noter : La vérification des accumulateurs est réglementée. Le premiercontrôle est à effectuer au bout de 10 ans et ensuite tous les 5 ans.
A retenir : Lors desarrêts des systèmespour les maintenir,faire attention auxaccumulateurs quiconservent la pressionsauf si celle-ci estévacuée. Mettre si celaest possible le systèmede protection del’accumulateur et del’agent conformément
à la solution suivante :
Vanne de purge
normalement
fermée
Vanne
d’isolement
normalement
ouverte
Vers le circuit
Limiteur de pression
NON réglable de
surcharge
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination d’un accumulateur
L’objectif habituel est de fournir un volume Dv de fluide.
L’accumulateur est caractérisé par le volumed’azote V1 et la pression de gonflage de l’azote p1.
En fonctionnement simple quand le système est aurepos l’accumulateur est dans la configuration del’état 1.
Il n’y a alors pas de fluide hydraulique dansl’accumulateur .
Quand le système fonctionne, si la pression dans lecircuit hydraulique est supérieure à p1 alors le fluidehydraulique pénètre dans l’accumulateur .
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination d’un accumulateur
Pour éviter de décharger complètement
l’accumulateur de son huile et donc de mettre leclapet de protection en contact avec la vessie, onconserve dans la phase d’utilisation un petitvolume d’huile dans l’accumulateur .
On obtient alors la configuration de l’état 2.
On bloque la pression de gonflage < à la pressiond’utilisation soit :
p1= 0.9 x p2
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Quand l’accumulateur est complètement
chargé on obtient l’état 3. La pression dufluide hydraulique est au maximum et ledébit excédentaire retourne au réservoirpar le LdP.
Dans les accumulateurs à vessie pouréviter de trop déformer la membrane on
limite :3
2
3
p
p
La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination d’un accumulateur
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Hydraulique Thierry Boulay
En conclusion il faut, pour déterminer un accumulateur, connaître :
v1 : volume d’azote
p1 : pression de gonflage de l’azote v = v2 – v3 : volume de fluide restituable par l’accumulateur
Remarque : Dans les calculs de thermodynamique, on utilise toujours lespressions absolues pa.En hydraulique en revanche on utilise les pressions relatives (indication
des manomètres).
pa = pr +patmos.
Pour l’azote on utilise les pressions absolues.
1bar
La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination d’un accumulateur
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le volume Dv est :
La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination du volume restituable par l’accumulateur v :
Q
(l/min)
Q1
Q2
Q3
Q4
t1 t2 t3 t4
Temps
de cycle
(s)
Sans accumulateur la pompe
doit débiter au débit maximum
soit Q3.
Avec accumulateur la pompe
doit débiter au débit moyen
soit Qmoy.
Qmoy
i
ii
t
t QQmoy
60
max besoindutempsQQv
moy D
Dv est en litre, Q en l/min et le temps en seconde.Le temps du besoin serait pour le schéma proposé t 3.
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination du volume d’azote
T Rmv p p : pression (Pa)m : masse (kg)v : volume (m3)T : température (K)R=297 J/kg.K pour l’azote
Si la charge/décharge est rapide (cycle d’utilisation de l’accumulateur <1min) la transformation est adiabatique (température constante oupas d’échange de chaleur entre le milieu extérieur et le système).
L’équation des gaz parfaits s’écrit :
Et devient alors :
cste pV
L’exposant est une fonction de latempérature et de la pression.
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination du volume d’azote
On a donc 6 inconnues : p1 ; p2 ; p3 ; v1 ; v2 ; v3. Il faudra 6 équations.
Pour la charge de 1 vers 3 :
3311 v pv p
Pour la décharge de 3 vers 2 :
2233 v pv p
Dv = v2 – v3 p3 : pression maximum du circuit (LdP ouvert)p2 : pression du récepteur qui aura besoin de l’accumulateur p1= 0.9 x p2
On obtient alors un calcul théorique du volume d’azote dont on a besoin :
/1
3
1
/1
2
1
1
D
p
p
p
p
vv
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La Technologie• 4D Accumulateurs
Détermination de la pression d’azote
En utilisant les mêmes équations on obtient :
/1
2
/1
31
321
p pv
v p p p
D
On détermine par la lecture dans un catalogue fournisseur l’accumulateur approprié. On aura sur celui-ci le volume d’azote nominal et le volumed’azote réel. C’est ce dernier qui permettra de calculer la pression degonflage réel.
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Schéma deprincipe
La Technologie• 4E Clapet anti-retour
Standard
Comme son nom l'indique il permet le passage du fluide dans un sens etl'interdit dans l'autre.
Le fluide passe de A vers B après avoir
vaincu la force développée par leressort sur le clapet conique. Dans lesens inverse le fluide maintient en plusdu ressort le clapet conique sur sonsiège.
Réalisation d’angle
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4E Clapet anti-retour
Standard
Vue extérieure
Composant
L'utilisation en pont de Graetz de 4CAR peut permettre l'utilisation decomposant dans les mêmesconditions quelque soit le sens decirculation du fluide.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4E Clapet anti-retour
Piloté
Le principe de base reste le même mais dans certaines utilisations on peutavoir besoin d'annuler le blocage du fluide.
Il suffit pour celad'alimenterhydrauliquementl'orifice X forçant ainsile clapet conique às'ouvrir. Pour annulerla commande onalimente l'orifice Y ouon laisse le ressort derappel agir ; attention
toutefois au retard defermeture dans cecas.
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La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
Introduction
C'est un appareil indispensable dans toute installation hydraulique, il sert àprotéger les différents organes d'une élévation de pression importante.
Pour des utilisations simples il est à commande directe et est élaboré sur lemême principe que le CAR mais le ressort exerce une action fondamentaleet la valeur de l'effort est parfaitement déterminée.Il en existe trois principaux types :
• à clapet,• avec dash-pot• à tiroir.
Le limiteur de pression à commande directe a des limites d'utilisation qui sesituent aux environs de 200 bars et aux faibles débits. Au delà on utilisedes limiteurs de pression à commande indirecte.
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La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
A clapet
La force d'ouverture estmodifiée par la valeur depression régnant dans lacanalisation de retour.Plus le débit est importantet plus la pression seraimportante et moins lelimiteur de pressionréagira au moment
opportun. Par ailleurs, s'ily a également desvariations importantes dela pression, unphénomène d'oscillationrisque d'apparaître.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
A clapet et dash pot
Le systèmedash-pot est
un amortisseurattelé sur leclapet du cotéde la pression.L'objectif de cesystème estd'atténuer lesoscillations.Plus le fluideest visqueux etplus lesystème estefficace.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
A tiroir
C'est lapression dansla canalisationde drain quimodifiel'ouverture. Ilen résulte quece deuxième
limiteur estplus précis quecelui à clapet.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
A commande indirecte
Le clapet (1) existe toujours mais ne reçoitqu'un faible débit dû à l'étranglement (6). Ilassure toujours le pilotage mais un tiroir
(4) permet l'essentiel du passage du fluideen cas de surpression. Le maintien enposition du tiroir (4) est assuré par unressort de faible raideur (5).Dès qu'il y a une surpression le clapets'ouvre créant une forte dépression ducoté du ressort (5) permettant au tiroir dese déplacer pour laisser le fluide s'écouler.
Remarque : faire attention aux temps decommutations qui sont plus longs que pourles limiteurs de pression directs.
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La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
A commande indirecte
Le clapet est réalisé par la bille (4)97 / 204
Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4F Limiteur de Pression Réglable
A commande indirecte
Symbolisation simplifiée
selon norme ISO 1219-1
Remarques sur les LdP
A noter : Le limiteur de pression principal doit être plombé, empêchant ainsile dérèglement. A retenir : Sur les cycles courts, sur les débits importants ou sur les cyclesrapides, le limiteur de pression est souvent le point chaud du système ;20° C de plus que dans le réservoir.
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La Technologie• 4G Réducteur de Pression Réglable
Rôle
Le rôle du réducteur depression est différent, ilpermet de limiter la pressiondans toute une branched'une installation, cettepression étant bien sûrinférieure à la pressiondélivrée par la pompe. Il enest ainsi si le composantsecondaire ne peut
supporter la pressionprincipale. Le schéma estdonc différent.
Limiteur de
pression nonréglable de
protection
globale
Vers branche
secondaire
Vers circuit
principal
réducteur de
pression réglable
Limiteur de
pression réglable
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4G Réducteur de Pression Réglable
RdP à commande directe
Dès que la pression p2 estatteinte, le tiroir se déplace pourobturer l'alimentation. P1n’influence pas la mobilité du
piston puisque les pressionss’équilibrent. Si p2 diminue, le
ressort joue son rôle et place letiroir dans la position proposée.
Remarque :Si p2 vient encore à augmenter,rien ne protège le réducteur, onpréfère donc utiliser desréducteurs à 3 voies.
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La Technologie• 4G Réducteur de Pression Réglable
Réalisations
RdP à commandedirecte 3 voies avec
clapet anti retourRdP simple àcommandedirecte
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La Technologie• 4H Limiteur de débit
Principe
x
D
p sq 2.
1 2
On vient de voir comment limiter ou réduire la pression il reste maintenant àtravailler sur le débit. Le principe est simple. Il suffit d'étrangler la canalisationpour diminuer le débit.
s est la section de la zone étranglée.
En appliquant Bernoulli entre les points 1 et2 ainsi que les pertes de chargessingulières pour le rétrécissement entre lesdeux zones, on obtient :
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La Technologie• 4H Limiteur de débit
Principe
Cette fonction n'est pas simple et elle présente un certain nombred'inconvénients d'utilisation dans les limiteurs de débits.Néanmoins en regardant de plus près, on voit que l'influence de la sectionrétrécie est plus importante que les autres valeurs.Si le régime est turbulent, x est pratiquement une fonction exclusive de laforme de la restriction (aire de la surface mouillée sur la section de larestriction) ; x grandit avec le rapport précédent. Avec toutes ces remarques,on obtient quand même un limiteur de débit utilisable.
Problème lié à l’étranglement pour débit fixe
Désignation et représentation Remarque Désignation et représentation Remarque
Gicleur La surface mouilléeest importante, il estdonc sensible auxvariations de viscosité
Orifice calibré La surface mouillée estpratiquement nulle, il estdonc indépendant de laviscosité
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La Technologie• 4H Limiteur de débit
Problème lié à la forme pour un débit réglable
Désignation et représentation Remarque Désignation et représentation Remarque
pointeau La surface mouilléeest faible, il est doncpeu sensible auxvariations de viscosité
sifflet La surface mouillée estgrande, il resteindépendant de laviscosité car utiliséuniquement pour lesgrands débits
Réalisation
Clapet antiretour
Bague tournantemoletée de réglageRégulation par orifice calibré
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La Technologie• 4H Limiteur de débit
Réalisations
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La Technologie• 4I Régulateur de débit
Modélisation et principe
Pour les cas où la différence de pression doit être maîtrisée, on préfère lerégulateur de débit.
La balance de pression est soumise à chaque extrémité à pc et à pi. Ces deux
pressions sont prises en amont et en aval de la régulation de débit et permettentd'asservir l'étranglement variable pour conserver le débit, quelque soit la variation
de pression.
La disposition dela balance de
pressiondétermine le
type derégulateur.
Balance en série montage 2 voies Balance en // montage 3 voies 108 / 204
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La Technologie• 4I Régulateur de débit
Montage avec retour au réservoir classique
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4I Régulateur de débit
Montage en dérivation
L'intérêt réside dans le fait que le débit excédentaire retourne au réservoir
par le régulateur de débit et non par le limiteur de pression.112 / 204
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie
Son rôle est simple, il doit diviser le débit entrant en deux parties toujoursproportionnelles.
Si on souhaite une division en parties inégales il suffit de modifier lescaractéristiques de l'un des deux diaphragmes.
Principe
Réalisation
• 4J Diviseur de débit
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La Technologie• 4K Le Distributeur
Il en existe 2 principaux :• A tiroir• A clapet
S’ils sont utilisés en basse pression le corps sera en fonte sinon on aura un
corps en acier mi-dur.Le système mobile sera lui toujours en acier traité rectifié.
A clapet A tiroir
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La Technologie• 4K Le Distributeur
Les principales commandes sont :• Mécanique,• Manuelle,• Hydraulique, la pression de pilotage est de l’ordre de 10 bars, • Électrique.
Dans le cas de débit très important (supérieur à 30 l/min) les efforts sont tropimportant pour une commande directe (manuelle ou électrique).On utilisera alors un distributeur de commande en 1/4" donc sur ce principe :
istributeur pilote à
commande électrique
istributeur de
puissance à commande
hydraulique
Représentation
simplifiée
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La Technologie
Les distributeurs sont montés sur des embases. Il existe plusieursprincipes :
Empilage
Embase aucun Vertical Horizontal
Individuelle
Système
simple à
un
récepteur
Tous les
composants
servant à la
régulation du
récepteur sont
montés à la suite
Multiple
Type bloc foret
Tous les
composants
servant à la
régulation des
récepteurs sont
montés à la suite
Tous les distributeurs
reçoivent la même
énergie à partir
d’un même bloc.
• 4K Le Distributeur
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La Technologie
Pour le raccordement hydraulique il existe, pour les plans de pose, desnormes :
DIN 24-340 ; ISO 4401 ; CETOP R35 H ; NF E48-422.
Diamètre interne des
canalisations (mm)Référence
Raccord filetage gaz
A ; B ; P ; T
Débit maxi
(l/min)
5 NG4 ¼’’ 15
7.5 NG6 ou CETOP 3 ¼’’ ou 3/8’’ ou ½’’ 25
9.2 NG8 ou CETOP 4 ¼’’ ou 3/8’’ 35
10.5 NG10 ou CETOP 5 3/8’’ ou ½’’ 50
14.5 CETOP 6 ½’’ ou ¾’’ 100
19 NG16 ou CETOP 7 ¾’’ ou 1’’ 150
24.5 NG25 ou CETOP 8 1’’ ou 1’’ ¼ 200
38 NG32 1’’ ¼ ou 1’’ ½ 300
• 4K Le Distributeur
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La Technologie• 4K Le Distributeur
Dans le cas des commandes électriques on doit réaliser le raccordementavec des connecteurs respectant les normes NF E48-411 ; DIN 43650 etISO 4400.On utilise soit le courant alternatif soit le courant continu.
En courant continu,le temps de commutation est 30 à 60 ms, il faut donc en tenir compte. Parcontre le solénoïde est très fiable et particulièrement souple. On l’utilisera pour des systèmes en ambiance difficile et pour des commutations élevées.
En courant alternatif,le temps de commutation est lui très souvent 3 fois plus court. Par contre sile solénoïde est bloqué en position intermédiaire il « grille » très rapidement.Les solénoïdes peuvent être soit sec (pour les ambiances non humides) soità bain d’huile ; dans ce cas s’assurer que le remplacement de la bobine est
prévu facilement sans perte d’huile et que le pourcentage d’eau dans l’huile
soit minimal.118 / 204
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie
Il est utilisé pour les faibles et moyennes pressions. Les jeux internesprovoquent des fuites, il est donc déconseillé de les utiliser dans lessystèmes asservis.
A tiroir
• 4K Le Distributeur
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie
A tiroir
• 4K Le Distributeur
A noter :Les jeux internes entre le piston et la chambre sont de l’ordre de 15 mm. Ilconvient donc lors du montage sur une semelle d’utiliser une clef
dynamométrique et de suivre une logique de serrage (celles des culasses)pour ne pas déformer les éléments.
A noter :Lors du changement d’état il peut y avoir deux solutions constructives. On
parle de recouvrement de transfert. Il est soit négatif soit positif.•Recouvrement négatif (underlap) : Pendant un court instant les orificescommuniquent il en résulte une absence de choc lors de l’inversion mais le
récepteur peut se déplacer ou l’accumulateur se vider partiellement. •Recouvrement positif (overlap) : Les différents orifices ne sont jamais encommunication mais des pointes de pressions risquent de perturber lesystème en générant du broutement au démarrage.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4K Le Distributeur
A clapet
Le siège de l’étanchéité est soit réalisé par un siège, un clapet ou une bille.
L’étanchéité est parfaitement assurée. On peut donc les utiliser pour defortes pressions. Le schéma du distributeur à clapet est identique sur le fondmais la symbolique des obturateurs de voies est remplacée par le schémad’un CAR :
Distributeur à tiroir Distributeur à clapet
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4K Le Distributeur
A clapet
On utilise ces distributeurs pour des systèmes en 3/2 et pour de faiblespressions car sinon les efforts de commutation sont trop importants.
Dans le cas de fortes pressions on utilise le principe des distributeurs depilotage.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4K Le Distributeur
A clapet 1 : valve pilote2 : tiroir de distribution3 : élément de fermeture (bille)4 : chambre de pilotage5 : douille qui permet un recouvrementpositif
Bobine non excitée, la chambre depilotage est à la pression P et comme lasurface est plus grande… Bobine excitée, la chambre de pilotage va
vers T et le tiroir, la bille et la douille sedéplace pour laisser passer le fluide vers Asans passage par T.
A noter : L’utilisation des distributeurs àclapet est à éviter si le circuit génère descoups de bélier.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4K Le Distributeur
Synthèse
A noter : Préférer toujours un distributeur 4/3 avec centre ouvert pourlimiter le couple au démarrage et ainsi limiter la casse de l’accouplement
moteur électrique / pompe. On peut utiliser un distributeur à 2 positions siun seul actionneur est prévu dans le système.La position centrale permet le plus souvent de bloquer (préférer un CARpiloté ou non) ou délester les actionneurs et surtout de permettre à lapompe de débiter vers le réservoir sans difficulté (pas de passage par leLdP principal).
A retenir :On peut approximer les pertes de charges dans les distributeurs à 2 barsquelques soit leur taille, et ce dans une première étude. Il convient dansl’étude terminale de suivre les données constructeurs.
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La Technologie• 4K Le Distributeur
Synthèse
Les normes utilisées sont :•ISO, (International Organisation for Standardisation)•CNOMO,•CETOP, (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques etPneumatiques.)•JIC, (Joint Industry Conference)•DIN
Même si elles sont différentes, elles permettent l’association des élémentsentre eux.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Il existe deux types de pompes : Les non volumétriques qui possèdent un débit élevé
mais irrégulier, Les volumétriques qui sont génératrices d’un débit.
Celui-ci peut être fixe ou variable.
Nous n’étudierons ici que les pompes volumétriques qui
sont utilisées en hydraulique industrielle.
C’est la pompe standard, elle a une cylindrée fixe et fonctionne entre 10 et 170 bars.Il en existe deux types, à dentures extérieures et à dentures intérieures.
Pompe à engrenages
Pompe à engrenages extérieurs ou intérieurs Pompe à palettes Pompe à pistons axiaux, radiaux ou en lignes
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures extérieures : description
Elles sont bruyantes donc utilisées dans le monde agricole, industriel lourd,….
Elles peuvent fonctionner jusqu’à 170 b. Elles ont un rendement d’environ 0,8.
L’un des engrenages est moteur tandis que l’autre est mené. Pour diminuer le
bruit on peut augmenter le nombre de dents. Elles ne nécessitent pas de hautefiltration.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures extérieures : calculs
Calcul du débit moyen :
En première approximation en assimilant une dent à un rectangle de volume
on peut prendre avec
Un calcul plus précis peut être donné par :
avec
Coefficient d’irrégularité sur le débit :
qui vaut donc
bh pas
2
z mbqv 2w qv :Débit moyen théorique (m3/s)
b : largeur de denture (m)
w : vitesse angulaire du moteur
d’entraînement (rad/s)
m : module de la denture (m)
z : nombre de dents d’un pignon
z z z mbqv
12
cos11
22 a
w
a : angle de pression de la denture
moyen
i
éins
Maxi
éinsi
q
qqC
min
tantantantan.100
z C i
a 2cos
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures
Elles sont compactes et silencieuses, car leur débit est beaucoup plus régulier,donc utilisées pour les MO ou affaires spéciales. Leur limite d’utilisation est
autour de 250 b. Elles ont un rendement d’environ 0,9.
Il en existe deux types, avec ou sans croissant.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures : avec croissant
Le croissant est lié à la forme des dents en développantede cercle. Sans croissant il y aurait communication entrerefoulement et aspiration.
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures : avec croissant
Calcul du débit moyen :Le calcul du débit est identique au cas des pompes à engrenages extérieurset le nombre de dents est celui du pignon à dentures extérieures.
Coefficient d’irrégularité sur le débit :
z z z mbqv
12
cos11
22 a
w
a 2
int
cos11
2
1
z z
C ext
i
qv :Débit moyen théorique (m3/s)
b : largeur de denture (m)
w : vitesse angulaire du moteur
d’entraînement (rad/s)
m : module de la denture (m)
z : nombre de dents d’un pignon
a : angle de pression de ladenture
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Hydraulique Thierry Boulay
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures : avec croissant
Réalisation :
Remarques constructives :Le nombre de pièces réduit et l’absence d’étanchéité complexe
en font une pompe d’un prix attractif (par rapport aux pompes
à palettes) pour un rendement aussi bon.134 / 204
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures : sans croissant
Les dents ont des profils circulaires.
Thierry Boulay 135 / 204
d’aspiration et de refoulement sont donc
symétriques par rapport à l’axe horizontal x.
Quand une dent du pignon 1 fait un tour ellechasse z+1 volumes cellulaires.
avec
Coefficient d’irrégularité sur le débit :
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures : sans croissant
Thierry Boulay
Les deux lumières en forme d’haricot (aspiration et refoulement) sont réalisées
dans le stator. Le pignon à dentures intérieures en liaison pivot avec le carter àune dent de plus que le pignon à dentures extérieures entraîné par le moteur.
Calcul du débit moyen :Les volumes cellulaires a, b et c sont en phase d’augmentation tandis que les volumes d, e et f sont en phase de réduction donc au refoulement ; les fonctions
cmcM v V V z z
q
12
w
a 2cos
1
11
2
1
ext ext
i
z z
C
qv :Débit moyen théorique (m3/s)
w : vitesse angulaire du moteur
d’entraînement (rad/s)
z : nombre de dents d’un pignon 1
a : angle de pression de la denture
Vcm : volume cellulaire mini
VcM : volume cellulaire maxi
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à engrenages à dentures intérieures : sans croissant
Thierry Boulay
Réalisation :
Remarques constructives :Les zones d’aspiration et de
refoulement ne sont pasréalisées sur le coté commedans l’étude théorique mais
radialement. Cela est rendupossible grâce aux évidementsE réalisé dans la couronne.
Des coussinets 2 sont placésaux extrémités des dents de lacouronne pour assurer unemeilleure étanchéité. La vitessede glissement à cet endroit estfaible donc l’usure est limitée.
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à palettes
Elle est aussi standard, fonctionne sur la même plage de pression que les pompesà engrenages. Elles sont en revanche très silencieuses. Pour accepter les 200 belles doivent être équilibrées, en effet le déséquilibre pression d’aspiration d’un coté
et pression de refoulement de l’autre coté crée des efforts sur les paliers, enrevanche si on arrive à doubler le refoulement et l’aspiration de façon symétrique
les efforts s’équilibrent. Elles ont un rendement d’environ 0,9. L’unité d’entraînement est accouplée au rotor. Celui est constitué de palettes libres
radialement. Par la force centrifuge elles viennent frotter sur la surface interne dustator et dans la partie d’agrandissement des volumes, aspirer le fluide et dans la
partie de rétrécissement des volumes, refouler le fluide sous pression.Il en existe deux types :• A stator cylindrique, rarement équilibrée• A stator en forme de came, très souvent équilibrée.
Elles sont aussi bien à cylindrée fixe qu’à cylindrée variable. La variabilité consiste
juste à faire varier l’excentricité entre le stator et le rotor. Thierry Boulay 138 / 204
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à palettes : à stator cylindrique
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
n
i N Renqv
sin
60
4
qv :Débit moyen théorique (m3/s)
i : profondeur des palettes (m)
N : vitesse du moteur
d’entraînement (tr/min)
e : distance d’excentration (m)
R : rayon du stator (m)
n : nombre de palettes
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Thierry Boulay
Pompe à palettes : à stator cylindrique
Réalisation :
Remarquesconstructives :Cette pompe estégalement dite àannulation de débit, eneffet sous unepression derefoulementimportante le ressortde compression fléchitet annulel’excentration.
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à palettes : à stator en forme de came
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
22 '60
2 R R
i N qv
qv :Débit moyen théorique (m3/s)
i : profondeur des palettes (m)
N : vitesse du moteur
d’entraînement (tr/min)
R : rayon stator dans la zone CD (m)
R’ : rayon stator dans la zone AB (m)
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à palettes : à stator en forme de came
Thierry Boulay
Réalisation :
142 / 204
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Le principe est celui de la pompe à vélo mais pour améliorer le débit il y aplusieurs pistons sur la couronne circulaire. On obtient un coefficient d’irrégularité
en mettant un nombre impair de pistons.On les utilise pour des pressions de 250 à 350 bars. Elles sont relativementbruyantes. Elles ont un rendement d’environ 0,9. En fonction de la technologie
utilisée elles sont à cylindrée fixe ou variable. On peut en définir 4 configurations :
Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe d’entraînement brisé, cylindrée fixe,
Plateau tournant, bloc cylindre fixe, axe d’entraînement aligné, cylindrée fixe,
Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe d’entraînement aligné, cylindrée variable,
Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindre tournant, axe d’entraînement aligné,
cylindrée variable,
143 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
144 / 204
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 73/102
73
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen : Chaque piston passe du PMB au PMH
1
0
2
tantan
2sin
2sin
42
1 ni
i
éinsn
in
itg Rd
q
q
q a w
qinstantané : Débit instantané théorique (m3/s)
d : diamètre du piston (m)
R : rayon des blocs cylindres (m)
w : vitesse angulaire des blocs cylindres (rad/s)
a : angle de brisure
q : abscisse angulaire positionnant le piston n°1
n : nombre de pistons
145 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
On obtient pour un cylindre unique, pour une rotation complète, et pour 5 pistons :
146 / 204
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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74
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
En sommant pour chaque position on obtient le débit instantané :
147 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
a w tg Rd nqv
4
2
148 / 204
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
a w tg Rd nqv
4
2
Coefficient d’irrégularité sur le débit :
nn
nC i
2sin2
)2
cos1
149 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux : Glace fixe, bloc cylindre tournant, axed’entraînement brisé, cylindrée fixe,
Thierry Boulay
La glace de distribution fixe possède deux lumières oblongues (en forme de haricot)
Schéma de principe :
150 / 204
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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76
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux : Glace fixe, bloc cylindre tournant, axed’entraînement brisé, cylindrée fixe,
Thierry Boulay
Exemple de réalisation :
Remarque constructive :Ce système peut aussifonctionner en moteur.
151 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux : Plateau tournant, bloc cylindre fixe,axe d’entraînement aligné, cylindrée fixe,
Thierry Boulay
Schéma de principe : Une partie de la distribution(aspiration) s’effectue entre le
support tournant et le plateaufixe en rotation. Pour assurercette liaison et l ’étanchéité, on
place des ressorts decompression dans lescylindres. Une lumièreoblongue est réalisée sur lesupport et le passage dufluide axialement est assurépar un perçage des pistons.Le refoulement est réalisé parles clapets en bout de
chambres des pistons.152 / 204
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7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 78/102
78
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux : Glace fixe, bloc cylindre tournant, axed’entraînement aligné, cylindrée variable,
Thierry Boulay
Exemple de réalisation :
Remarque constructive :La variation de cylindréeest réalisée par latranslation de l’axe 5
suivant z. La came axialeau niveau de F sur leplateau génère alors une
rotation d’axe z. A l’extrémité droite une
petite pompe de gavageest directementconnectée à l’arbre
d’entraînement.
155 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux : Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindretournant, axe d’entraînement aligné,
cylindrée variable,Schéma de principe :
Thierry Boulay
Les blocs cylindres sont entraînés par l’arbre d’entraînement. Le support est fixe mais inclinable par l’intermédiaire
du vérin. La liaison patin glace est assurée par les ressorts de compression placés dans les cylindres. L’aspiration
est assurée dans la glace par une lumière oblongue et un perçage des patins tandis que le refoulement et non
retour est assuré par les clapets.156 / 204
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79
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons axiaux : Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindretournant, axe d’entraînement aligné,
cylindrée variable,
Thierry Boulay
Exemple de réalisation :
Remarque constructive :Pour les faibles débits, le fluide nese régénère pas à chaqueoscillation il en résulte descontractions répétées et donc uneélévation de la température, pour yremédier l’orifice P permet le
renouvellement du fluide vers la
zone basse pression.L’axe de rotation C du plateau 4
n’est pas placé sur l’axe
d’entraînement. Cela est du à la
volonté d’assurer une liaison réelle
entre 4 et 5 et entre 4 et lerégulateur de puissance.
157 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux
Thierry Boulay
On les utilise pour des pressions supérieures à 350 bars.Elles sont très silencieuses.Elles sont utilisées dans les cas de forts débits.
Elles ont un rendement d’environ 0,9.
Il en existe trois types : A système bielle manivelle,
A excentrique,
A blocs cylindres excentrés.
Dans les deux premiers systèmes on a des cylindrées constantes. Dans ledernier cas l’excentration peut être modifiée on aura alors une pompe à
cylindrée variable.
158 / 204
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 80/102
80
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
1
0
2
tantan
2sin
2sin
42
1 ni
i
éinsn
in
i Rd
q
q
q w
qinstantané : Débit instantané théorique (m3/s)
d : diamètre du piston (m)
R : rayon de la manivelle ou distance de l’excentration (m)
w : vitesse angulaire des blocs cylindres (rad/s)
q : abscisse angulaire positionnant le piston n°1
n : nombre de pistons (valeur impaire)
Cette formule est applicable aux 3 types de pompes radiales si :R<<longueur de la bielle
(ce qui est toujours le cas pour les pompes hydrauliques)
159 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux
Thierry Boulay
Calcul du débit moyen :
qinstantané : Débit instantané théorique (m3/s)
d : diamètre du piston (m)
R : rayon de la manivelle ou distance de l’excentration (m)
w : vitesse angulaire des blocs cylindres (rad/s)
q : abscisse angulaire positionnant le piston n°1
n : nombre de pistons (valeur impaire)
Le débit moyen est identique à celui des pompes à pistons axiaux ainsi que le
coefficient d’irrégularité sur le débit, tga valant 1.
a w tg Rd nqv
4
2
nn
nC i
2sin2
)2
cos1
160 / 204
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81
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux : A système bielle manivelle
Thierry Boulay
Schéma de principe :
Le principe est simple et celuidu moteur à piston. Lessoupapes sont remplacées pardes clapets.
161 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux : A système bielle manivelle
Thierry Boulay
Exemple de réalisation :
Remarque constructive :La solution proposée est un moteurhydraulique et non une pompe maisle principe reste totalementidentique. On enlèverais bienévidement le réducteur.La glace de distribution est repérée4 et est entraînée par l’arbre
principal d’entraînement. Dans cette
solution il n’existe pas de clapet.
162 / 204
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 82/102
82
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux : A excentrique
Thierry Boulay
Schéma de principe :
Les ressorts assurent la liaison entre l’excentrique et les pistons. Pour l’aspiration et le refoulement on peut
utiliser le système des clapets comme précédemment ou comme proposé ci-dessus. On a alors un clapetunique dans chaque cylindre et l’aspiration s’effectue par la rainure sur l’excentrique et surtout un réservoir
toujours en charge.
163 / 204
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Pompe à pistons radiaux : A excentrique
Thierry Boulay
Exemple de réalisation :
Remarque constructive :L’étanchéité et les liaisons
entre le piston, le patin etl’excentrique sont assurés
par le ressort 10.
164 / 204
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7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 84/102
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 85/102
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 86/102
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 87/102
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Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Facteurs de détermination supplémentaires
Thierry Boulay 173 / 204
Niveau sonore :
Niveau de bruit
PRESSIONDEBIT
Engr. int Palettes Pistons Engr. extTYPEFixe VariableCONSTRUCTION
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Facteurs de détermination supplémentaires
Thierry Boulay 174 / 204
Sensibilité à la contamination :
20/18
19/17
18/16
17/15
16/14
100 200 300
N I V E A U
D E
P R O P R E T E
I S O
Pression (bar)
Voir diapo 51
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 88/102
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 89/102
89
Hydraulique
La Technologie• 4L La Pompe
Synthèse des caractéristiques
Thierry Boulay 177 / 204
Masse :
C Y L
I N D R E E F I X E
C Y L I NDRE E
V A
RI A B L E
Engrenages
Pistons
Palettes
55kg
33kg
13kg
45kg
34kg
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 178 / 204
13
kg
Le vérin est à priori un système simple connu de tous.Pourtant en hydraulique de part sa fonction, les risques de phénomènesdérangeant sont importants. Dans un même cycle on peut être amené à gérer :• l’accélération du mouvement (étude dynamique),
• le positionnement statique en cours de mouvement (raideur du vérin),• le flambage (phénomène de flexion sous charges axiales de compression)• l’amortissement en fin de course (rentrée et/ou sortie). Il existe 4 principaux types de vérins : Le vérin simple effet (VSE) Le vérin double effet (VDE)
• Le vérin standard• Le vérin différentiel• Le vérin double tige
Le vérin télescopique simple ou double effet (VTSE ou VTDE) Le vérin rotatif (VR)
• A pignon crémaillère• A palettes• A vis
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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90
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 179 / 204
13kg
S y m b o l i q u e
Vérin simple effet
Vérin double effet standardavec amortissement fin de course
Vérin double effet différentiel
Vérin double effet double tige
Vérin télescopique double effet
Vérin rotatif à pignon crémaillère
Vérin rotatif à palette ou à vis
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 180 / 204
13
kg
Caractérisations dimensionnelles
A1
EN SORTIE DE TIGE
A2
EN RENTREE DE TIGE
Pour un même vérin, nous obtiendrons :FORCE | VITESSE
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 181 / 204
13kg
Caractérisations dimensionnelles
L: LONGUEURH: COURSED: DIAMETRE DU PISTONd: DIAMETRE DE LA TIGE
D 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250
d
12 14 18 22 28 36 45 56 70 90 160
14 18 22 28 36 45 56 70 90 110 180
18 22 28 32 40 50 63 80 100 125
36 45 56 70 90 110 140
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 182 / 204
13kg
Technologie d’assemblage
A tirants SoudésA brides
Matériaux de construction des éléments On ne parlera ici que de la tige qui est l’élément en contact avec l’extérieuret le fluide. En standard elle sera chromé sur 25mm d’épaisseur. Pour
améliorer sa résistance à la corrosion on peut y ajouter du nickel sur 30mmvoir du Molybdène pour qu’elle soit excellente. Au-delà le choix de la trempeapportera des spécificités mécaniques de résistance différentes.
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 183 / 204
13kg
Dénomination des composants (ici pour un vérin à tirants)
(fût)
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 184 / 204
13
kg
Notions sur l’étanchéité
Dans la diapositive précédente, on vient de voir qu’il pouvait y avoir 8
barrières d’étanchéité. En effet il s’agit de l’élément essentiel aussi bien de l’intérieur vers
l’extérieur du système (risque de fuite du fluide et donc perte de contrôle)que de l’extérieur vers l’intérieur (risque de souillure du fluide).
Il existe deux types d’étanchéité sur les vérins :• L’étanchéité statique ES, • L’étanchéité dynamique ED.
On peut symboliser un vérin comme suit par rapport aux différents typed’étanchéité :
ES ES
ES
ED
ED
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 185 / 204
13kg
Notions sur l’étanchéité (ES) On la retrouve entre les fonds de cylindre et le cylindre ou fût et entre le pistonet la tige. Il existe trois principaux systèmes utilisés qui sont :
• Le joint plat,• Le joint torique,• La bague BS.
Le joint plat :Il peut être en aluminium,en cuivre ou en plastique.L’écrasement est fonction
du serrage des pièces et
donc ne permet pas unpositionnement rigoureuxdes pièces entre elles.
Le joint torique :Il s’agit d’un élastomère. Il
est toujours monté dansune gorge normalisée etdonc le positionnement
relatif des deux pièces estconstant lors des différentsmontages qui peuvent êtreeffectuer pour lamaintenance.
La bague BS :La partie extérieure est enacier et l’intérieur en
élastomère. C’est elle qui
ce déforme lors du serrage
et qui assure l’étanchéité.La bague métalliqueassure un positionnementconstant entre les pièces àassembler.
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 186 / 204
13
kg
Notions sur l’étanchéité (ED) On la retrouve entre la tige et un fond du cylindre et entre le piston et lecylindre. Il existe cinq principaux systèmes utilisés qui sont :
• Le joint torique,
• Le joint quadrilobe,• La garniture pour presse étoupe,• Le segment métallique.
Le joint torique :Il n’est utilisé que pour des vitesses de glissement ≤0,5 m/s.
Le joint quadrilobe :Il est en élastomère, acceptedes pressions de 400 bars etdes températures compriseentre -20°C et 120°C.Il accepte des vitesses deglissement ≤1 m/s.
La garniture pour presseétoupe :On les monte en série pourassurer une bonne étanchéité.Le frottement est alors trèsimportant on limite donc auxvitesses lentes.
Le segment métallique :Il est souvent en fontebainitique (douce). Onl’utilise pour destempératures >100°C etpour des vitesses deglissement >1 m/s.
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 187 / 204
13kg
Notions sur l’étanchéité (exemple de réalisation)
JOINTSTORIQUE
JOINTS DE GUIDAGE SOUPLES
JOINTS DE GUIDAGE DURSTURCITE
JOINT TURCON ®
JOINTS ANTI-EXTRUSION
BAGUE DEGUIDAGE
JOINT ANTI-EXTRUSION
JOINTZURCON ®RIMSEAL
JOINTRACLEUR
JOINT RIMSEAL
JOINT STEPSEALJOINT
TORIQUE
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 188 / 204
13
kg
Vérin simple effet (VSE)
Ce vérin n’est actif que dans un sens
de déplacement.
Le second mouvement s’effectuant àl’aide d’un ressort de compression (1). En hydraulique on utilise souvent lepoids de l’ensemble mobile pour faire
ce second mouvement (2) et (3). Onévite alors l’utilisation d’un ressort de
rappel.
Remarque : Quelque soit le systèmeutilisé la chambre sans pression doitêtre drainée des fuites éventuellesentre cylindre et piston.
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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95
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 189 / 204
13kg
• Le vérin standardVérin double effet (VDE)
Diamètredu piston
Diamètrede la tige
Force s’opposant à
la rentrée de la tigeForce s’opposant à
la sortie de la tige
Course
Charge à déplacer
Remarque :
La charge à déplacerest horizontale il nes’agit donc pas de la
masse à déplacer maisde l’effort qu’il faut
créer pour la déplaceren fonction desfrottements
Réglage du débit desortie permettant
d’obtenir la vitessevoulue
0 L/min
0 bar
5 daN6 daN 1000 kg
500 mm
56 mm100 mm
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 190 / 204
13
kg
• Le vérin différentiel en montage différentielVérin double effet (VDE)
Un vérin est dit différentiel quand la section du pistonest exactement 2 fois supérieure à celle de la tige
22 L/min
0 L/min
0 bar
2000 tr/min
6 daN 6 daN 1000 kg800 mm
44.55 mm63 mm
Même vitesse de sortie et rentrée de vérin
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 191 / 204
13kg
• Le vérin différentiel comparaison avec un montage simpleVérin double effet (VDE)
22 L/min
0 L/min
0 bar
2000 tr/min
6 daN 6 daN 1000 kg
800 mm
44.55 mm63 mm
Même vitesse de sortie etrentrée de vérin pour lesystème en montagedifférentiel car le débit
sortant re-rentre dans levérin coté piston.
Dans le cas du montagesimple la vitesse de
rentrée est 2 fois plusgrande que la vitesse de
sortie
22 L/min
0 L/min
0 bar
2000 tr/min
6 daN 6 daN 1000 kg
800 mm
44.55 mm63 mm
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 192 / 204
13
kg
• Le vérin double tige (aussi dit de synchronisation)Vérin double effet (VDE)
22 L/min
0 L/min
0 bar
2000 tr/min
Dans cette configuration, pas de
schéma particulièrementspécifique.Seul problème l’encombrement
lié à la tige supplémentaire
Utilisation d’un seul vérin double tige
pour l’essieu arrière dirigeable.
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http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 97/102
97
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 193 / 204
13kg
• Le vérin télescopique simple ou double effet (VTSE ou VTDE)Vérin télescopique
22 L/min
0 L/min
0 bar
2000 tr/min
Utilisation d’un seul vérin télescopique
double effet VTDE
En principe les pistons se déploientsuccessivement. Le piston ayant lasurface utile la plus grande se déploieraen premier. C’est souvent le plus gros
piston, ce qui a pour conséquence quela vitesse de sortie sera plus faible.La pression nécessaire est calculée surla surface utile la plus faible.
Très souvent utilisé en version simple effet,c’est alors la charge qui fait rentrer les
tiges, en utilisant les mêmes lois de laphysique.
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 194 / 204
13
kg
• A pignon crémaillèreVérin rotatif
Cette conception à 2 vérins permetd’équilibrer les efforts radiaux sur l’axe de
rotation et permet d’avoir un couple 2 fois
plus important pour un encombrement loinde 2 fois plus important.
r
courseq
q : angle de rotation de l’arbre
r : rayon du pignon
S : surface du piston
course
p : pressionS
r S pC 2
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7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 197 / 204
13kg
Raideur
22
114 D
d D
c
E k F
k : raideur (N/m)EF : module de compressibilité (Pa)c : course (m)D : diamètre coté piston (m)d : diamètre coté tige (m)
On l’a vu dans le chapitre sur le fluide hydraulique, il est compressible. Dans les
systèmes hydrauliques simple cela ne pose pas de problème. Maintenant si l’on
doit tenir une position stricte cette compressibilité est pénalisante et il faut entenir compte dans la détermination des sections.
La raideur d’un vérin (sans tenir compte des volumes de fluide mort) et de
course « normale » est défini par :
Une variation de la charge dans une position supposée fixe répond à la loi :DF=k . DxOn peut donc apprécier le changement de position Dx en fonction de la raideurdu vérin et de la variation de charge.
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 198 / 179
13
kg
Flambage Les vérins sont soumis à de la compression et ils déplacent des chargent sur degrandes longueurs, naturellement il peut y avoir du flambage. On doit donccalculer la charge de flambage Fc à ne pas dépasser pour éviter le flambement.
L
E d F C
24
64
Moment quadratiquede la tige du piston
On appliquera à cette force Fc uncoefficient de sécurité (division par
3,5 de manière générale)
L L L L L
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7/21/2019 diapo hydrau MMRI
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101
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Vérin
Thierry Boulay 201 / 204
13kg
Amortissement Dans la phase d’amortissement, ici arrière, la douille 2
montée en bout de tige vient obturer l’alésage principal
d’évacuation du fluide. Le fluide prisonnier dans la zone
4 ne peut passer que par l’étranglement réglable , réalisé
par une vis pointeau 7. Pour faciliter la sortie du vérin etutiliser toute la section on a installé un clapet anti retour9 permettant d’atteindre également la zone 4.
Calcul de la force de freinage
Calcul de la pression moyenne d’amortissement et condition de bon fonctionnement
pS s
cm F ARrentrée
2
² m : masse en mouvements : course d’amortissement
c : vitesse en régime permanentS AR : surface annulaire de la zone 4p : pressiondécélération
Pour un bon fonctionnementon doit respecter :
AR
rentréeent amortissem
S
F p
nominaleentamortissem p p
Hydraulique
La Technologie• 4M Le Moteur
Thierry Boulay 202 / 204
13
kg
7/21/2019 diapo hydrau MMRI
http://slidepdf.com/reader/full/diapo-hydrau-mmri 102/102