L`énergie HYDRAULIQUE

L’énergie HYDRAULIQUE
Date :
Cours
Production : le groupe hydraulique
Les pertes de charges dans les canalisations augmentent rapidement avec la distance, aussi l’énergie hydraulique est-elle
produite localement.
7
6
8
5
2b
1
4
2a
3
Rep
1
Nom
Pompe
hydraulique
Fonction
Générer la puissance hydraulique
2
FILTRES
3
Réservoirs
2a : filtre d’aspiration de type crépine ou grille.
2b : filtre en ligne de haute pression :
Protège tous les composants par une filtration plus ou moins fine
Permet un approvisionnement régulier en huile mais aussi de dissiper la chaleur et de
décanter l’huile (rechargement et niveau).
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Filtre
Monté sur le retour à la bâche permet une filtration fine
5
Clapet de non
retour taré
Positionné avec le filtre au retour est utilisé comme By-pass
6
Limiteur de
pression
Protège l’installation contre les surpressions
7
Clapet antiretour
Autorise le passage du fluide dans un seul sens
8
Manomètre
Indique la valeur de la pression.
1
LES CIRCUITS HYDRAULIQUES
1. Actionneurs REPERE : A
Vérins : même principes qu’en pneumatique, construction plus robuste pour résistance aux efforts. Les courses
importantes peuvent être obtenues par vérin télescopique.
1 Tête
2 Corps
3 Piston
4 Fond
5 Chemise d’adaptation
6 Chemise d’amortissement
7 Écrou de piston
8 Tirant
9 Tige de piston
10 Vis de purge d’air
11 Capuchon de sécurité
12 Écrou de tirant
13 Jeu de joints :
Joint racleur
Joint de la tige
Joint de piston
Joint torique
Bague de guidage
Bague d’appui
Symboles :
Les diamètres des tiges sont importants afin d’éviter le flambage. Des abaques permettent de déterminer les caractéristiques du
vérin pour éviter le flambage. Cas particulier : vérin différentiel, utilisé pour synchroniser des vérins ou travailler en réalimentation.
Lors du remplacement ou de l’installation d’un vérin, il est impératif de purger l’air des chambres (de chaque côté du piston) pour
éviter les risques liés à la compressibilité de l’air.
Modes de pannes : usure des joints (en particulier de tige), rayures des tiges, fuites et arrachement des fonds. Souvent,
les articulations de corps et de tige sont montées sur rotule pour limiter les efforts sur les guidages.
Moteurs : même principes que les pompes, en fonctionnement inverse. Sont d’ailleurs parfois réversibles.
Très grande variété de principes : moteurs lents à fort couple (à pistons radiaux) ou rapides (à pistons axiaux, couple
important ; à palette ou engrenages, basse pression, faible couple)
REPERE : M
Symboles :
Rep Appellation
1
Moteur à cylindrée fixe à un sens de rotation
2
Moteur à cylindrée fixe à deux sens de rotation
3
Actionneur rotatif avec angle de rotation limité
4
Moteur à cylindrée variable à un sens de rotation
5
Moteur à cylindrée variable à deux sens de rotation
1
2
4
3
5
Un moteur possède toujours des fuites internes. Le drain ne doit pas vidanger le moteur (risque de grippage), il doit être en position
haute.
Modes de pannes : ruptures des pistons / palettes…, usure des surfaces pressantes (têtes de pistons, glace de
distribution…), usure des roulements ou des accouplements, cavitation.
2
Appareils de commande
Tous les appareils de commande sont appelés valves, terme très courant en hydraulique.
21. Distributeurs
Même principe qu’en pneumatique, mais en hydraulique, il existe un grand nombre de possibilités de cases centrales (type 4/3)
suivant le fonctionnement désiré. Les plus courantes sont les suivantes :
A
B
A
B
A
B
A
B
P
T
P
T
P
T
P
T
Centre fermé
Centre tandem
Centre ouvert
Centre en Y
Représentation du type de commande, rappel ou maintien :
Commande manuelle
Commande hydraulique
Commande par levier
Commande (rappel) par ressort
Commande électrique
Encliquetage 2 positions
La majorité des distributeurs hydrauliques sont à 2 ou 3 positions.
L’identification d’un distributeur se fait de la manière suivante : nombre d’orifices, nombre de positions, type de centre (si 3
positions), type de commande, type de rappel ou de maintien.
Il peut y avoir plusieurs symboles sur une même représentation.
A
B
P
T
Exemple :
La commande électrique directe n’est possible que pour les petits débits ; à partir de 25 l/min, la commande est électro hydraulique :
étage pilote à commande électrique, étage de puissance à commande hydraulique. En courant continu, la commutation est plus lente
(30 – 60 ms) qu’en courant alternatif (20 ms), mais le solénoïde est plus fiable.
Technologie à tiroir (non étanche) ou à clapet (étanche, souvent utilisé sous forme de cartouche dans les blocs forés, qui permettent
l’empilage des composants).
Les jeux internes entre le piston et la chambre sont de l’ordre de 15m. Il convient 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 orifices communiquent ; 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 en communication mais des pointes de pressions
risquent de perturber le système en générant du broutement au démarrage.
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22. Limiteur de pression
Sert à limiter la pression dans un circuit hydraulique afin de protéger la pompe et les composants. Composant de sécurité.
FONCTIONNEMENT.
Un clapet 2 empêche le débit qui sort de la pompe de retourner vers le
réservoir.
Lorsque le débit est bloqué dans une partie de l’installation, la pression en
sortie de pompe augmente.
Lorsque cette pression p, qui s’applique sur la surface S du clapet 2, crée
une force F supérieure à la force du ressort 3, le clapet s’ouvre et le débit
retourne au réservoir.
Une vis 4 permet de tarer la force du ressort 3.
REMARQUES.
Le limiteur de pression se monte toujours en dérivation sur la sortie de la pompe. Sa sortie est à la bâche.
Le débit évacué par le limiteur de pression est une perte d’énergie qui se transforme en chaleur et provoque l’augmentation de la
température du fluide. Le limiteur de pression fixe s’appelle aussi soupape de sûreté. Il est plombé sur les groupes hydrauliques.
SYMBOLES :
X
P
T
à action directe
Limiteur à action directe
Le limiteur de pression à commande directe a des
limites d'utilisation qui se situent aux environs de
200 bars et aux faibles débits. Au delà on utilise
des limiteurs de pression à commande indirecte.
Échauffement de l’huile important, risques de
pulsations et usure du clapet.
P
T
à commande pilotée
P
T
à commande indirecte
Limiteur à commande indirecte
Le clapet (1) existe toujours mais ne reçoit qu'un faible débit dû à
l’étranglement (6). Il assure toujours le pilotage mais un tiroir (4)
permet l'essentiel du passage du fluide en cas de surpression. Le
maintien en position du tiroir (4) est assuré par un ressort de faible
raideur (5). Dès qu'il y a une surpression le clapet s'ouvre créant une
forte dépression du coté du ressort (5), permettant au tiroir de se
déplacer pour laisser le fluide s'écouler.
Il faut juste faire attention aux temps de commutations qui sont plus
longs que pour les limiteurs de pression directs.
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23. Gestion de la pression
Le limiteur vu précédemment est la base de plusieurs autres appareils :
a. Soupape (valve) de séquence
Fonction : laisser passer le fluide hydraulique sur une ligne P → A lorsque la pression de commande X a atteint sa valeur
de tarage. Cette fonction gagne à être réalisée par la partie commande !
Valve de séquence : La pression de commande X agit sur le tiroir (section égale à celle du piston). Dès que cette pression est
supérieure à la pression réglée, alors le tiroir se trouve complètement à gauche, le passage P → A se fait librement. Si cette pression
est insuffisante, alors le tiroir est complètement à droite et le passage P → A est fermé. Seule la phase d'ouverture donne une
réponse délicate.
Elle doit être impérativement raccordée à la pression atmosphérique (drain) pour pouvoir fonctionner. Cet appareil ne fonctionnant à
l'ouverture que dans un seul sens, il sera systématiquement doublé d'un clapet bipasse pour le sens A → P.
b. Valve de freinage
Fonction : freiner une charge motrice (sur un vérin ou un moteur). Elles sont aussi appelées
valves d'équilibrage. Elles convertissent la totalité de l'énergie hydraulique qui les traverse
en chaleur (comme tout frein !)
Exemple : valves de freinage retenant la charge, commandées par une pression de pilotage (faible)
provenant de l'alimentation de l'autre voie, mais ce sont des valves avec action de la pression
générée par la charge.
Elles sont conçues comme des valves de séquence fonctionnant dans leur phase d'ouverture Leur
technologie à tiroir fait qu'elles présentent de légères fuites internes, et par conséquent, ne peuvent
être utilisées pour maintenir une charge en position
c. Valves parachutes
Fonction : éviter la chute d'une charge motrice lors de la rupture
d'une canalisation (ou toute autre cause équivalente). Elles sont
utilisées dans les monte-charges, ascenseurs hydrauliques, élévateurs... Leur
présence est parfois obligatoire (présence de flexibles, réglementation...). La
valve doit être installée le plus près possible du vérin (sur celui-ci
généralement).
Attention :
Elles peuvent soit freiner la charge en limitant la vitesse à une très faible
valeur, soit bloquer net celle-ci. Dans ce dernier cas, il faudra soulever la
charge pour la débloquer, ou prévoir une purge.
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d. Réducteurs de pression
Fonction : assurer sur une ligne A une pression inférieure à la pression d'alimentation en P, et constante (il va de soi que
pP doit être supérieure à pA pour que l'appareil serve à quelque chose !). L’appareil est installé en ligne.
Réducteur de pression à commande directe : du fait de sa
conception, cet appareil provoque une perte de charge
pour que pA reste constante.
La différence de puissance entre l'entrée P et la sortie A
est dégradée en chaleur
Réducteur de pression piloté : L'ouverture du limiteur de pression
provoque un écoulement d'huile dans le gicleur X, la perte de
charge dans ce dernier entraine pX < pA. La pression qui agit sur
l'arrière du tiroir chute donc et la pression en A provoque la
fermeture de celui-ci, garantissant alors une perte de charge
optimale pour que la pression en A soit constante.
Il existe également des appareils combinés lorsqu'il faut réduire la
pression et la limiter lorsque la charge devient motrice (régulateur de
pression) ; on trouve également des réducteurs à commande proportionnelle
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e. Accumulateur de pression :
Fonction : destiné à restituer de l'énergie ou une pression. C’est la seule source de
pression en hydraulique. On l’utilise en particulier dans les circuits où la puissance
moyenne utilisée est faible, mais la puissance instantanée importante. Le graphe ci-dessous
indique une puissance nécessaire au fonctionnement importante, alors que la puissance
moyenne installée pourrait être beaucoup plus faible.
Exemple de calcul : 125 l/min à 150 bar pendant 5 s / min :
Donc, si on est capable d'accumuler l'énergie hydraulique pendant les temps morts, la puissance à installer sera beaucoup plus petite.
L'accumulateur de pression est constitué d'un réservoir et d'un système de mise sous pression, le plus souvent une poche (vessie) de
gaz gonflée à la pression minimale d'utilisation.
La quantité de fluide hydraulique sous pression restitué dépend de la rapidité avec
laquelle elle est restituée (tous autres paramètres identiques) :
- Restitution lente : le gaz reste à la même température car il a le temps d'échanger
de la chaleur avec l'extérieur pour restituer le volume Vi. La transformation est dite
isotherme. C'est le cas lorsque l'accumulateur restitue de l'huile sous pression pour
des pilotages, maintiens sous pression ...
- Restitution rapide : le gaz se refroidit en se détendant (l'échange de chaleur avec
l'extérieur n'a pas le temps de se faire), le volume restitué Va est plus faible que
précédemment. On dit que la transformation du gaz est adiabatique (sans échange
de chaleur avec l'extérieur). C'est le cas lorsque l'on utilise une puissance
instantanée importante pendant peu de temps (voir exemple de calcul précédent).
Un conjoncteur-disjoncteur permet de mettre le débit de pompe à la bâche (pression nulle en sortie de
pompe) lorsque l'accumulateur est plein (disjonction) puis à remettre l'accumulateur en charge avec la
pompe lorsque la pression est insuffisante (conjonction). Un CAR évite la décharge de l’accumulateur.
Les volumes Va ou Vi peuvent se calculer, mais les abaques des constructeurs
donnent la taille de l'accumulateur en fonction de :
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24. Gestion du débit : leur fonction est de contrôler les vitesses.
a. Limiteurs de débit
Ce sont de simples étranglements sur une conduite. Leur conception est simple et leur prix
faible. La plupart sont unidirectionnels grâce à un clapet bipasse incorporé.
Certains limiteurs ont un étranglement très brusque, qui les rend moins sensibles à la
viscosité de l'huile, donc à la température de celle-ci. Ils sont parfois appelés "étrangleurs
fins".
Dans tous les cas, il y a perte d'énergie et donc échauffement de l’huile.
b. Régulateurs de débit:
Ils sont constitués de deux étranglements successifs, l'un est
réglable par l'utilisateur, l'autre change automatiquement en
fonction des variations de pression pour conserver un débit
constant.
De plus, la plupart sont dits compensés en température, donc
peu sensibles à la viscosité de l'huile.
Le schéma ci-dessus existe en version condensée (voir figure cicontre).
La différence de pression
entre X1 et X2
aux bornes de l'étranglement utilisateur fait varier automatiquement le
deuxième étranglement et ainsi maintient le débit constant.
Dans tous les cas, la production de chaleur due à la perte de charge
dans l'appareil est identique à celle du limiteur.
Lorsqu'on utilise un appareil de contrôle du débit comme ceux
décrits précédemment, le problème vient toujours de
l'évacuation du débit en trop (sauf en cas d'alimentation par
une pompe auto-régulée).
Il existe donc une version régulateur / diviseur de débit qui
sépare le débit d'alimentation en deux, le débit régulé +
l'évacuation à la bâche du complément.
NORME ISO 1219-2 – SCHEMAS DE CIRCUITS
L'organisme international de normalisation (ISO) a élaboré la norme ISO 1219 définissant les symboles graphiques hydrauliques et
pneumatiques (ISO 1219-1) ainsi que la codification des schémas de circuits dans ces domaines (ISO 1219-2).
Code de repérage des composants :
Le code de repérage donne pour chaque composant : I - numéro d'ordre / II - sa nature (code) / III - son état ou action.
Case I - Repère d'ordre : Nombre de 0 à 999 suivant l'importance de l'équipement. Commencer (de préférence) par le 0 pour le
groupe et ses accessoires. Poursuivre avec la ligne de pression (et son retour), et continuer par les différentes lignes de distribution.
Case II - Code du composant : Une ou deux lettres.
Case III - Code de l'état ou de l'action :
• Actionneurs : non concernés en général
• Préactionneurs : le chiffre 0 est affecté au pilotage donnant la mise en position initiale
• Capteurs associés aux actionneurs : le chiffre 0 est affecté aux capteurs actionnés à l'état initial du cycle... Les chiffres
suivants sont affectés dans l'ordre du cycle.
• Appareils associés à un distributeur : lettres A, B, P, T, X, Y, V, L suivant la destination de l'orifice.
Orifices de raccordement : P : orifice de raccordement de l'alimentation en pression ; T : orifice de raccordement du retour à la
bâche ; A, B : orifices de raccordement des utilisations (vers les actionneurs) ; X, Y : orifices de raccordement des pilotages
(alimentation, retour).
Code de repérage des conduites : repères affectés en tenant compte de la fonction de la tuyauterie et de sa position dans le circuit.
Les repères sont composés de:
• Une lettre correspondant à l'orifice du distributeur principal.
• Un chiffre correspondant au numéro de la ligne contenant le distributeur (ou autre composant).
D'autres indications peuvent être apportées dans les désignations: diamètre, nature des fluides, puissance, cylindrée, température ...
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Exemple de schéma en 3 pages :
Groupe Hydraulique
Puissance 1
Puissance 2
9
Les schémas doivent être clairs et doivent permettre de suivre les mouvements et commandes au cours du cycle.
Les formats A3 et A4 sont préférables, cependant un même sous-ensemble devra être représenté sur une même feuille.
Les équipements et leurs connexions doivent être représentés intégralement soit par le symbole détaillé, soit par le symbole
simplifié. Sauf indication contraire il est recommandé de représenter les symboles dans leur position de départ.
Dans les systèmes hydrauliques et pneumatiques, l'énergie est transmise et commandée par l'intermédiaire d'un
fluide sous pression circulant dans un circuit.
Les schémas de circuits facilitent la compréhension, l'étude et la description des installations.
Afin d'éviter toute confusion et erreur lors du développement, de la production, de l'installation et de la
maintenance, il apparaît indispensable que ces schémas soient liés à une représentation normalisée.
L'organisme international de normalisation (ISO), très répandue dans les secteurs industriels, a élaboré la norme
ISO 1219 définissant les symboles graphiques hydrauliques et pneumatiques(ISO 1219-1) ainsi que la
codification des schémas de circuits dans ces domaines (ISO 1219-2).
Les schémas doivent être clairs et doivent permettrent de suivre les mouvements et commandes au cours du
cycle.
Les formats A3 et A4 sont préférables, cependant un même sous-ensemble devra être représenté sur une même
feuille.
Les équipements et leurs connexions doivent être représentés intégralement soit par le symbole détaillé, soit par
le symbole simplifié.
Sauf indication contraire il est recommandé de représenter les symboles dans leur position de départ.
Il est recommandé que les symboles des appareils hydrauliques et pneumatiques soient disposés du bas vers le
haut et de gauche à droite :
• Sources d'énergie : en bas à gauche
• Composants de commande classés en ordre séquentiel : vers le haut et de gauche à droite
• Actionneurs : en haut de gauche à droite.
Il convient que les composants soient identifiés par un code, un repère près de leur symbole ou à l'emplacement
où ils sont actifs s'ils ne sont pas représentés.
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Règles d'identification des appareils dans les circuits hydrauliques et pneumatiques(sauf tuyauterie et
raccord).
Un code d'identification pour les appareils doit être utilisé sur le schéma de circuit prés de leur symbole
respectif. Cette identification doit être utilisée sur tous les documents connexes.
Numéro de groupe fonctionnel :
Composé de chiffre, il commence par « 1 ».
Ce numéro doit être utilisé dès que le circuit comporte plus d'une installation
Numéro de circuit :
Composé de chiffre. Il est préférable de commencer par « O » pour tous les accessoires disposés sur le groupe
générateur ou les sources d'alimentation.
Codes composants :
Pompes et compresseurs : P
Actionneurs : A
Moteurs d'entraînement : M
Distributeurs : V
Autres appareils : Z (ou autre lettres sauf P ,A,M,V)
Numéro composant : Composé de chiffre, il commence par « 1 »
Exemple :
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EXEMPLE DE SCHEMA DE CIRCUIT HYDRAULIQUE
Le schéma peut comporter les caractéristiques techniques des différents composants comme ci-dessus.
Informations techniques importantes :
Réservoirs hydrauliques : capacités maxi et mini en litres
Fluide : type, catégorie, classe de viscosité
Réservoirs pneumatiques : la pression maxi admissible en bars, la capacité en litres
Vérins : alésage, Ø de tige et course maxi en mm.
Pompes : la plage de débit
Moteurs d'entraînement : puissance nominal et vitesse de rotation
Moteur hydraulique/pneumatique/thermique: cylindrée, couple, vitesse de rotation, sens de rotation
Filtres : rapport de filtration (hydraulique) ou pouvoir d'arrêt micrométrique (pneu)...
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