Choix de moteur hydraulique :

Pour dimensionner un moteur hydraulique il faut déterminer les caractéristiques suivantes qui dépendent de cahier de charge :

-Le couple.

- la cylindrée.

-la puissance.

- vitesse de rotation.

- sens de rotation (horaire, anti horaire, les deux sens).

- le rendement.

2.2.6-

Calcule des caractéristiques des moteurs :

Le couple :

Le couple du moteur hydraulique :

𝑪 = 𝐂𝐭𝐡 ∗ 𝐧 … … … . . (𝟐. 𝟏𝟎) 𝑪𝒕𝒉 =𝐂𝐲𝐥 ∗ ∆𝐏

𝟔𝟐𝟖 … … … . . (𝟐. 𝟏𝟏) C : le couple (daN/m)

Cth: le couple théorique (daN/m) n: le Rendement

24 Cyl:la cylindrée (cm³/tr)

∆P :déférence de pression (bar) La vitesse :

La vitesse de rotation du moteur : 𝑸 =𝐍 ∗ 𝐂𝐲𝐥

𝟏𝟎𝟎𝟎 => 𝑵 =𝐐 ∗ 𝟏𝟎𝟎𝟎

𝐂𝐲𝐥 … … … . . (𝟐. 𝟏𝟐) N : la vitesse de rotation (tr/min)

Q : le débit (l/min) Cyl:la cylindrée (cm³/tr) La puissance absorbée :

La puissance hydraulique nécessaire : 𝑷 = ∆𝐏 ∗ 𝐐

𝟔𝟎𝟎 … … … . . (𝟐. 𝟏𝟑) P : puissance (kw).

∆P :déférence de pression (bar) Q : le débit (l/min)

2.3-

L

ES DISTRIBUTEURS

2.3.1-Définition :

Les distributeurs TOR (tout ou rien) sont des prés actionneurs qui permettent de diriger le débit d’huile dans le circuit pour commander l’actionneur selon un type de commande [7].

Les distributeurs sont caractérisés principalement par :

Le nombre d’orifices (nombre des conduites et le sens d’écoulement on le trouve par des lettres majuscules)

Le nombre de positions (nombre des casses qui exprime les différentes orientations) Le type de commande (électrique mécanique….)

A, B, C, D : orifices de travail P : conduite d’arrive pression T : conduite de retour au réservoir X : conduite de pilotage

Y : conduite de drainage

25 Figure2.23:Distributeurs 4/3 (nombre orifices/nombre positions)

2.3.2- Les distributeurs à tiroir :

Ce sont composé à l’intérieur d’un tiroir (pièce coulissante) qu’il nous permet de commander les différentes positions du distributeur par la dirige de débit, à l’aide de déplacement du tiroir selon un single de commande [8].

On a plusieurs types Des distributeurs 4/3(orifices/positions) à tiroir à position parallèle et position croisés à cases centrales différentes :

a- Centre fermer : à la position centrale l’huile se cumule provoque une augmentation de pression qui est évacuer par le limiteur de pression, on peut l’utiliser lorsque on veut alimenter un autre composant dans le système.

Figure2.24:symbole de distributeur 4/3 à centre fermé

b- Centre ouvert : à la position centrale toutes les chambres de système sont ouvert qui nous permet un libre retour de débit vers le réservoir.

Figure2.25:symbole de distributeur 4/3 à centre ouvert c- Centre en Y : à la position centrale P (pression) est fermer ce qui entrainé une

augmentation de pression le débit de la pompe évacuer par le limiteur de pression, A, B ouvert vers T ce qui nous permet décomprimer les deux chambres vers le réservoir.

Figure2.26:symbole de distributeur 4/3 à centre en Y

d- Centre tandem : à la position centrale le centre ouvert P vers T donc tout le débit de la pompe évacuer au réservoir, donc on n’aura pas un risque de surpression.

26 Figure2.27:symbole de distributeur 4/3 à centre tandem

2.3.3-Principaux distributeurs et dispositif de pilotage

[9] :

Tableau 1.2:Principaux distributeurs et dispositif de pilotage

a- Exemple de fonctionnement de distributeur 4/3 à centre tandem :

27 Figure2.28:principe de fonctionnement de distributeur 4/3

Cet exemple montre le fonctionnement d’un distributeur 4/3 à centre tandem à pilotage avec levier : donc à la position centrale on a un retour de débit de la pompe vers le réservoir Une position parallèle : qui permet de sortir le piston de vérin par un fluide sous pression (rouge) dû à la force exercée et l’évacuation d’huile en dépression (bleu).

Une position croisée: nous permet faire rentrer le piston de vérin

2.4-

L

ES VERINS HYDRAULIQUES

2.4.1 - Définition :

Le vérin hydraulique est un actionneur qui fait une transformation d’une énergie hydraulique en énergie mécanique selon un mouvement de translation.

Le vérin est actionneur précise à réglage simple à l’aide d’incompressibilité de fluide.

Le vérin hydraulique a une vitesse bien déterminé qui est proportionnel au débit fourni par la pompe, donc le vérin est destinée pour déplacer une charge par un piston entrainant une tige cette charge représente une force exercée qui est proportionnel à une pression

nécessaire qu’il faut appliquer sur notre vérin[10].

Coupe réelle :

28 Figure2.29:coupe réel d’un vérin hydraulique

2.4.2-

Principaux types des vérins

:

1-Les vérins linéaires : tels

a- Vérin hydraulique simple effet.

b- Vérin hydraulique double effet.

c- Vérin hydraulique double tige.

2- Les vérins rotatifs :

a- Vérin hydraulique à palette.

b- Vérin hydraulique à crémaillère.

a.1- le vérin simple effet :

Le vérin simple effet à un seul orifice d’alimentation avec un ressort de rappel peut développer un effort que dans un seul sens.

a.2-un vérin simple effet, tige rentrée au repos :

Figure2.30:vérin simple effet tige rentrée au repos

A un travail poussant : qui va pousser une charge, la pression exercée sur le piston doit être suffisante pour pousser la charge et comprime le ressort

29 Sortie tige : l’huile sous pression entre à travers l’orifice pour faire pousser la charge et le ressort

Rentrée tige : la tige va rentrer au Corps du vérin par un ressort de rappel, l’huile qui été à l’intérieur du vérin va donc évacuer à travers l’orifice.

a.3- un vérin simple effet, tige sortie au repos :

Figure2.31:vérin simple effet tige sortie au repos

A un travail tirant : va tirer une charge, la pression appliquer sur la surface annulaire doit être suffisante pour tirer la charge et comprime le ressort.

Sortie tige : la tige va sortir à l’aide d’un ressort de rappel, l’huile qui est à l’intérieur du vérin s’évacue à travers l’orifice.

Rentrée tige : l’huile sous pression entre à travers l’orifice pour faire tire la charge et le ressort.

Domaines d’application :

Travaux simples (serrage, éjection, levage…) b- vérin double effet :

Le vérin double effet à deux orifices L’ensemble tige piston peut se déplacer dans les deux sens il peut pousser et tirer une charge.

b.1-Effort poussant : pour faire pousser la charge il faut que la pression exercée sur le piston être suffisante pour déplacer la charge.

Figure2.32:vérin double effet à effort poussant

L’huile sous pression rentre à travers l’orifice (en rouge) figure qui va pousser notre charge et l’huile qui est dans l’autre côté du piston (bleu) va s’évacuer en dépression par l’autre orifice.

30 b.2-Effort tirant : pour faire tirer une charge il faut appliquer une pression sur la surface annulaire (Sa).

Figure2.33:vérin double effet à effort tirant

L’huile sous pression rentre à travers l’orifice (en rouge) figure qui va tirer notre charge et l’huile qui est dans l’autre côté du piston (bleu) va s’évacuer en dépression par l’autre orifice.

c- Vérin à double tige :

Figure2.34:vérin à double tige

Ce type de vérin nous permet d’obtenir une vitesse égale dans les deux sens et des forces égales. On peut donc tirer ou pousser une charge dans ces deux sens.

Domaine d’application :

Grand nombre d’applications industriels.

3- Choix de vérin :

On prend en considération ces paramètres pour le choix d’un vérin linéaire :

 La pression

 Le diamètre de tige

 Le diamètre de piston

 La course 2- les vérins rotatifs :

31 Figure2.35:symbole d’un vérin rotatif

2. a-vérin à palette :

Figure2.36:vérin à palette

Dans ce type des vérins la pression d’huile agit sur une palette qui engendre un mouvement rotatif.

Le couple est proportionnel au nombre des palettes.

L’angle de rotation est toujours inférieur à 360 ֯.

2. b-vérin a pignon crémaillère :

Figure2.37:vérin a pignon crémaillère

Dans ce type des vérins on a un fluide sous pression appliquée sur le piston qui entraine une tige cette tige est représentée par une crémaillère. La crémaillère déplace de façon

rectiligne qui est entrainé un pignon transformant ce déplacement en mouvement rotatif.

Leur course est réglable et peut atteindre 360 ֯.

Le couple de sortie de vérin est proportionnel à la pression appliquée.

2.4.3- Choix du vérin :

On prend en considération ces paramètres pour le choix d’un vérin rotatif :

 La pression de service

 Le Couple

 L’Angle de rotation

 La Cylindrée par degré Domaine d’application :

On peut l’utiliser dans plusieurs domaines :

32

 Ouverture d’un moule

 Fermeture d’un four

 Cintrage d’un tube

 Basculement d’un container

2.4.4-

Amortissement de fin de course des vérins :

- les vérins aux vitesses ou cadences élevées et sous fortes Charges peuvent provoquer des problèmes (endommager) lors de son arrêt brutal à la fin de course pour cela il est conseillé d’utiliser des vérins avec amortisseur de fin de course.

L’amortisseur est un ralentisseur progressif. Dès que le tampon entre dans son alésage, le fluide à l’échappement est obligé de passer par l’orifice B plus petit, au lieu de l’orificeA.la réduction du débit provoque une surpression créant l’amortissement.

Figure2.38:amortissement de fin de course des vérins

2.4.5- Dimensionnement d’un vérin hydraulique :

1- Vérin simple effet

: effort poussant

Figure2.39:vérin simple effet effort poussant

a-Sortie tige :

Déterminer la pression nécessaire pour pousser une charge :

𝐹 = 𝑠 ∗ 𝑝 − 𝑓 => 𝑝 = F + f

S … … … (2.14)

33 𝐒 =𝛑 ∗ 𝐃²

𝟒 … … … . … … … . . (𝟐. 𝟏𝟓)

F: la force exercée (N)

f : force du ressort de rappel (N) S : surface du piston (m²) P : pression de service (Pa) D : diamètre de piston (m) Calcul la vitesse de sortie tige :

𝑸 = 𝒗 ∗ 𝑺 => 𝐯 = 𝐐

𝐒… … … . . (𝟐. 𝟏𝟔)

Q : le débit (m³/s)

S : surface du piston (m²) V : vitesse de sortie (m/s) b-Rentrée tige :

Se fait par un ressort de rappel qui détermine la vitesse de rentré. Donc on peut avoir une différence entre les deux vitesses.

2- Vérin double effet :

Effort exercée dans les deux sens :

a-Sortie tige :

34 Figure2.40:vérin double effet sortie tige

La pression nécessaire :

𝑭 = 𝒑 ∗ 𝑺 => 𝐩 =𝐅

𝐒… … … . (𝟐. 𝟏𝟕) 𝐒 =𝛑 ∗ 𝐃²

𝟒 … … … . … … … . . (𝟐. 𝟏𝟖) F: la force exercée (N)

S : surface du piston (m²) p : pression de service (Pa) D : diamètre de piston (m)

b-Rentrée tige :

35 Figure2.41:vérin double effet rentrée tige

La pression nécessaire :

𝑭 = 𝒑 ∗ 𝑺′ => 𝐩 = 𝐅

𝐒′… … … . … … … . . (𝟐. 𝟏𝟗) 𝐒^′ = 𝛑

𝟒∗ (𝑫^𝟐− 𝒅^𝟐) … … … . … … … . . (𝟐. 𝟐𝟎) F: la force exercée (N)

P : pression de service (Pa) D : diamètre de piston (m) d : diamètre de tige (m) S’ : surface annulaire (m²)

*Pour un vérin réel :

𝑭 = 𝑷 ∗ 𝑺 ∗ 𝒏 … … … . (𝟐. 𝟐𝟏) 𝒏 : rendement du vérin

*La vitesse de déplacement : Sortie tige :

36

Le flambage (ou flambement) est un phénomène de rupture brutal qui survient lorsqu’une poutre élancée est soumise à de la compression. Les tiges de vérins se déterminent par la formule d’Euler. Pour les différents cas de montage, on définit la longueur libre d’Euler L0 (dans tous les cas, la longueur L va du point d’attache du corps de vérin au point d’attache de la tige) [11].

Figure2.42:le flambage Le flambage est liée principalement par :

 diamètre de la tige.

37

 force exercée.

 la course de piston.

 le mode de fixation du vérin.

2-4-6-a- Application Euler :

On applique la formule d’Euler pour déterminer la longueur maximum de la tige sans risque de flambage [12] :

Les types de fixation :

Cas n°1: corps de vérin encastré, l’autre extrémité libre:

Figure2.43:corps de vérin encastré, l’autre extrémité libre Cas n°2: deux extrémités articulées restant sur un même axe:

Figure2.44:vérin a deux extrémités articulées restant sur un même axe Cas n°3: une extrémité encastrée, l’autre articulée restant sur un même axe:

Figure2.45:vérin a une extrémité encastrée, l’autre articulée restant sur un même axe Cas n°4: deux extrémités encastrées, restant sur le même axe:

Figure 2.46 : vérin a deux extrémités encastrées, restant sur le même axe La formule d’Euler qui suit, utilisée pour les tiges de vérins, est bien sûr applicable à toutes les poutres subissant ce type de contraintes. Cette formule donne la charge maximale en

38 service en fonction des autres paramètres. Attention : il faut considérer la longueur L avec la tige entièrement sortie.

𝐅 ≤𝛑^𝟐∗ 𝐄 ∗ 𝐈

𝐬 ∗ 𝐋𝟎^𝟐 … … … 𝟐. 𝟐𝟓 Avec:

E = module d’élasticité longitudinal (≈ 20 000 daN/mm2 pour l’acier).

I = moment d’inertie ou moment quadratique en flexion (I = π.d4/64).

d = Ø de la tige.

s = coefficient de sécurité (valeur usuelle = 3,5 pour les vérins).

L0 = longueur libre de flambage (voir cas de figures ci-dessus). La longueur libre de flambage est parfois à modifier en fonction de la tête de vérin et du guidage: consulter alors le

catalogue du constructeur.

2.4.7- Utilisation de l’abaque :

C’est une autre méthode pour déterminer la longueur maximale de la tige sans risque de flambage :

Dans cette méthode on a un tableau qui représente les coefficients des modes de fixation K : facteur de course qui dépend du mode de fixation

On va donc choisir notre mode de fixation, et pour déterminer la longueur liber de flambage on multiplier le coefficient K par notre longueur de course :

Lf = K * Lc………. (2.26) Lf : longueur libre de flambage

Lc : la course du piston

39 Figure2.47:choix du mode de fixation

Afin de trouver la longueur libre on va vérifier notre résultant par ce catalogue ce dessous qui comporte la force exercée, le diamètre de la tige et la longueur libre de flambage.

Figure2.48:abaque de flambage

40

2.5- L

E LIMITEUR DE DEBIT

(

^ETRANGLEUR

) :

Le limiteur de débit est un composant de contrôle de vitesse d’actionneur par le contrôle du débit [13].

D’aprés Bernoulli:

Q = K*S* √∆P ……….. (2.27) Q : débit.

K : coefficient de forme de l’étrangleur.

S : section de passage de l’étrangleur.

L’étrangleur laisse passer un débit d’huile réglable et le reste sera évacuer au réservoir par le limiteur de pression parce que la fermeture d’étrangleur provoque une augmentation de pression à l’entrée d’étrangleur.

La vitesse d’actionneur varie en fonction de sa charge.

2-5-a- Types d’étrangleurs :

Figure2.49:Etrangleur bidirectionnelFigure2.50:étrangleur unidirectionnel 2-5-b- Montage :

1 On peut monter à l’admission 2 à l’échappement (freiner le retour) 3 on dérivation

2.6-

L

E REGULATEUR DE DEBIT

2.6.1- Régulateur de débit à 2 voies

: C’est un composant de réglage de vitesse

d’actionneur par le contrôle du débit avec la balance de pression, nous permet de maintenir la différence des pressions aux bornes d’étrangleur donc un débit constant et une vitesse constante.

Figure2.51:symbole d’un régulateur de débit à 2 voies

41 Figure2.52:régulateur de débit à 2 voies

1 : la balance de pression ; 2 : étrangleur ; 3 : ressort faible raider (donner par le constructeur)

Le fluide entre à la balance puis traverse l’étrangleur vers l’actionneur sur une pression créant par la charge (P3), et une quantité de fluide passe au ressort pour créer une pression (P3) qui est l’addition de P2 et pression du ressort. Lorsque la pression atteint P3 la balance se ferme le passage de fluide vers l’étrangleur et provoque une augmentation de pression dans le système jusqu’à l’intervention du limiteur de pression.

La vitesse ne varie pas en fonction de la charge

2.6.2-Régulateur de débit à 3 voies

: c’est le même principe de régulateur à 2 voies, il a une voie liée directement au réservoir qui nous permet d’évacuer le débit, lorsque la pression atteint P3 ; donc on n’aura pas une augmentation de pression dans le système.

Figure2.53:symbole d’un régulateur de débit à 3 voies

2.7-L

ES LIMITEURS DE PRESSION

Le limiteur de pression est un composant de sécurité normalement fermer à une fonction principale est de protéger la pompe des surpressions [14].

Monter en dérivation avec la pompe.

42 2.7.1-

Le limiteur de pression à action direct

:

Figure2.54:limiteur de pression à action direct

A l’aide d’une vis qui nous permet de régler la rigidité du ressort donc obtenir une pression d’ouverture réglable. Le limiteur s’ouvre lorsque le fluide qui vient de la pompe (rouge) atteint la pression exercée par le ressort.

2.7.2-

Le limiteur de pression à action piloté

:

Figure2.55:limiteur de pression à action piloté

Le limiteur de pression à action piloté composé de deux étages : Etage de pilotage comporte un ressort de raideur réglable

Etage de puissance comporte un ressort avec une faible raideur non réglable

Le fluide sous pression entre en A (rouge) et va dans l’étage de puissance qui est résulté une nouvelle pression qui est l’addition du fluide (rouge) plus la pression dû au ressort (orange) pour rester fermer. Quand le fluide sous pression atteint la valeur de pression de l’étage de pilotage son ressort s’ouvre et provoque une différence de pression aux bornes de gicleur ; donc faire un déséquilibre dans l’étage de puissance qui provoque l’ouverture de cet étage et tout le débit évacué vers le réservoir B (bleu).

2-7-c- Le choix du limiteur de pression : Le limiteur de pression à action direct :

43

 Pour faible débit

 Plage de réglage importante

 Rapidité d’ouverture

Le limiteur de pression à action piloté :

 Permet de diminuer la taille des ressorts pour les gros débits.

 Faible plage de réglage.

2.8- L

E REDUCTEUR DE PRESSION Le réducteur de pression à action direct :

Figure2.56:réducteur de pression à action direct

Le réducteur de pression est un composant normalement ouvre montée en ligne son rôle est de protéger une partie du circuit.

Il est composé d’un ressort réglable et un tiroir ; à la position repos puis que est un élément passant donc laisse tout le débit travers vers l’actionneur, lorsque l’actionneur mis en marche la pression exerce sur le tiroir jusqu’atteint la valeur du ressort, le ressort comprime et le tiroir ferme le passage de fluide ce qui provoque une augmentation de pression et le débit évacuer par le limiteur de pression.

2.9-

L

ES ACCUMULATEURS

:

Les fluides incompressibles utilisés dans l’hydraulique ne permettent pas d’emmagasiner une énergie, pour cela on utilise les accumulateurs hydropneumatiques qui nous

permettent d’emmagasiner l’énergie à l’aide d’une propriété des gaz c’est la compressibilité.

Dans les accumulateurs on utilise l’azote séparé au fluide hydraulique le mode de séparation selon la construction : membrane, piston ou vessie.

Cette membrane, piston ou vessie on le gonfle par l’azote sous une pression P0 jusque cette poche prend la forme de l’accumulateur.

L’huile sous pression P1 supérieur à P0 traverse l’accumulateur et comprime la poche le volume du gaz ce réduit avec une augmentation de pression ce qui résulte un fluide emmagasiner.

44 Une baisse de pression dans le circuit provoque une dilatation du gaz comprimée jusqu’à revenir à la pression P0, donc l’azote va pousser l’huile hydraulique résultant une fourniture de débit dans le circuit [15].

Figure2.57: accumulateur

Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons vules différents types de composants hydrauliques, leur fonctionnement, leur représentation « symbole » et leur dimensionnement, ce qui nous permettra de dimensionner chaque élément d’un système hydraulique de lire et réaliser un schéma hydraulique.

45

Chapitre 3 : Etude du cas

Dans le document Mémoire Présenté en vue de l obtention du Diplôme de Master Thème: (Page 35-57)