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Systèmes Hydrauliques et
Pneumatiques
Bourarach, IAV/DEA, 2014 2
Plan du cours
Introduction
Composants hydrauliques Pompes
Moteurs
Distributeurs et soupapes
Vérins
Accessoires
Huiles hydrauliques
Dimensionnement des composants
Conception de schémas : études de cas Système de relevage hydraulique du tracteur
Direction assistée hydrauliquement
Autre système hydraulique d’un engin agricole ou de génie civil
Spécificités des systèmes pneumatiques
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2
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POMPES
A débit constant
A débit variable
A engrenage
A palettes
A pistons
A vis
3
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4
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5
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6
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MOTEURS HYDRAULIQUES
7
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8
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DISTRIBUTEURS DIRECTIONNELS
Leurs rôles est de modifier, ouvrir ou fermer les voies d’écoulement de l’huile dans les circuits hydrauliques
Bourarach, IAV/DEA, 2014 23
DISTRIBUTEURS DIRECTIONNELS
Distributeurs à fonctionnement analogique
Une infinité de positions intermédiaires : distributeurs proportionnels et d’asservissement
Distributeurs à fonctionnement numérique
Un nombre déterminé de positions (2, 3, 4,…) : hydraulique "tout ou rien"
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Bourarach, IAV/DEA, 2014 26
DISTRIBUTEURS DIRECTIONNELS
Exemple: distributeur 3/2
3 orifices 2 positions
A A
T TPP
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36Bourarach, IAV/DEA, 2014
13
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14
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VALVES
Autoriser l’écoulement dans un sens et de
l’arrêter dans l’autre sens:
- anti-retour
- anti-retour déverrouillable
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REGULATEURS
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ACCESSOIRES
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Bourarach, IAV/DEA, 2014 61
Bourarach, IAV/DEA, 2014 62
FILTRES
Réduire la quantité d’impuretés dans le
circuit hydraulique (poussières, coupeaux, cendres, peinture, morceaux de joints,…)
Caractéristiques: porosité (μm), pression de service, débit maxi, pression
différentielle)
Bourarach, IAV/DEA, 2014 63
EMPLACEMENT DES FILTRES
22
Bourarach, IAV/DEA, 2014 64
CONSTITUTION DES FILTRES
Tissus fins en une
couche ou multicouches de toile métallique, de cellulose, de matière
synthétique ou de
papier imprégné
Bourarach, IAV/DEA, 2014 65
CARACTERISTIQUES
Filtre sur retour:
P. service: 30b maxi
Débit: 1300 à 3900l/min
Porosité: 10 - 25μm
Δp= 70b maxi
Filtre sur refoulement:
P. service: 420b maxi
Débit: 330l/min maxi
Porosité: 3-5μm
Δp= 200b maxi
Filtre sur aspiration:
Porosité: 60 - 100μm
Bourarach, IAV/DEA, 2014 66
DOMAINES D’APPLICATION
23
Bourarach, IAV/DEA, 2014 67
TUYAUTERIE
1. Caoutchouc synthétique, téflon, élastomère d’ester, perbunan
2. Nappe de fils tressés: acier ou polyester
3. Caoutchouc, élastomères d’ester ou polyuréthane
Bourarach, IAV/DEA, 2014 68
TUYAUTERIE
Bourarach, IAV/DEA, 2014 69
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TUYAUTERIE
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Symboles
Bourarach, IAV/DEA, 2014 72
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Bourarach, IAV/DEA, 2014 74
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HUILES HYDRAULIQUES
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Bourarach, IAV/DEA, 2014 88
Bourarach, IAV/DEA, 2014 89
Quelques notions
Ps= h.ρ.g (poussée hydrostatique; Pa; m; kg/m3; m/s²)
Principe de Pascal
F= p.S (N; Pa; m² ou N; bar (daN/cm²); cm²)
Q=S.v (cm3/s; cm²; cm/s ou l/min; dm²; dm/min)
Re=v.d/ν (Nbre de Reynolds; m/s; m; ν: viscosité
cinématique: m²/s < 2300 (écoulement laminaire))
DIMENSIONNEMENT DES COMPOSANTS
Bourarach, IAV/DEA, 2014 90
QLQ ELEMENTS DE CALCULS
Couple d’entraînement: C=Δp.V/2π(N.m; Pa; m3) ou daN.m; bar/10; cm3)
Q=N.V (l/min; tr/min; V cylindrée; dm3)
P=2π.N.C= 2π.N.Δp.V/2π = Q. Δp(W; m3/s; Pa ou 10².60. 10-5 kW; 60.l/min, bar)
31
Bourarach, IAV/DEA, 2014 91
Bourarach, IAV/DEA, 2014 92
FLAMBAGE
Bourarach, IAV/DEA, 2014 93
32
Bourarach, IAV/DEA, 2014 94
Bourarach, IAV/DEA, 2014 95
Bourarach, IAV/DEA, 2014 96
A.N. Un vérin double effet doit développer en poussant
une force de 2800 daN sous une pression de 160 bars. 1) Quel doit être le diamètre de celui-ci (alésage), sachant que son rendement de 90%?2) Le même vérin doit développer 1750daN «en tirant». Quel est le diam? (même rendement et même pression).3) Quel est le débit requis par ce vérin? Course= 40cm, t=2s. Quel est le temps de rétraction?4) Quelle est la puissance absorbée par ce vérin en poussant?
33
Bourarach, IAV/DEA, 2014 97
F=S.p
S= π.D²/4 F= π.D².p/4
D=(4.F/π.p)1/2
AN: D=(4.2800/π.160.0,9)1/2=4,9cm=50mm
Force hydr F2=1750/0,9=1944,4daN
S2=F2/p=1944,4/160=12,153cm²
S1= π.5²/4=19,63cm²
Tige:19,63-12,153=7,482
d=(4.7,482/π) 1/2=3,086cm (d=28 ou
32mm)
Bourarach, IAV/DEA, 2014 98
V= π.D².c/4
V= π.5².40/4=785,4cm3
Débit: Q=V/t
Q=785,4/2=392,7cm3/s =0,3927.60 dm3/min
Q= 23,56 l/min
Rétraction: t=V/Q=(D²-d²).π.40/392,7.4=
14,76.π.40/392,7.4=1,18s=1s,18/100
Puissance en poussant:
P=F.v = F.c/t=31110.0,4/2=6222Nm/s=6,2kW
Bourarach, IAV/DEA, 2014 99
1. Si d=32
Fadm=π².21.106.0,0491.3,24/s.150²
= 1355daN si s=3,5
= 1897daN si s=2,5 (<3111daN)
2. Si d=45 (girafe actuelle)Fadm= 5299daN si s=3,5 (>3111daN)
= 7419 daN si s=2,5
34
Bourarach, IAV/DEA, 2014 100
TUYAUTERIE
Conduites sous pression <50bars: 4m/s
100bars: 4,5m/s
150bars: 5m/s200bars: 5,5m/s300bars: 6m/s
Conduite d’aspiration: 1,5m/s
Retour: 2m/s
Bourarach, IAV/DEA, 2014 101
PERTES DE CHARGE LINEAIRES
Bourarach, IAV/DEA, 2014 102
PERTES DE CHARGES
LINEAIRES
35
Bourarach, IAV/DEA, 2014 103
Bourarach, IAV/DEA, 2014 104
PERTES DE CHARGE SINGULIERES
Bourarach, IAV/DEA, 2014 105
PERTES DE CHARGE SINGULIERES
36
CONCEPTION DE SCHEMAS :
Etude de cas
Bourarach, IAV/DEA, 2014 106
Bourarach, IAV/DEA, 2014 107
Le système à centre ouvert (simple action)
Position neutre (Denis, 2002)
Vérin
Distributeur
Clapet de décharge
RéservoirPompe à
cylindrée
fixe
Bourarach, IAV/DEA, 2014 108
Le système à centre ouvert (simple action)
Monter le piston
Vérin
Distributeur
Clapet de décharge
RéservoirPompe à
cylindrée fixe
37
Bourarach, IAV/DEA, 2014 109
Le système à centre ouvert (simple action)
Descendre le piston
Vérin
Distributeur
Clapet de décharge
RéservoirPompe à
cylindrée
fixe
Bourarach, IAV/DEA, 2014 110
Le système à centre ouvert (double action)
Position neutre
Distributeur
Clapet de décharge
RéservoirPompe à
cylindrée
fixe
Vérin
Bourarach, IAV/DEA, 2014 111
Le système à centre ouvert (double action)
Pour pousser le piston à droite
2
1
3
38
Bourarach, IAV/DEA, 2014 112
Le système à centre ouvert (double action)
Pour pousser le piston à gauche
2
1
3
Bourarach, IAV/DEA, 2014 113
Le système à centre ouvert (double action)
En surcharge
1) En maintenant le distributeur tiré,…
2) … l’huile pousse le cylindre au fond et la
pression monte à une valeur supérieure à
la pression …
3) … d’ouverture du clapet de décharge.
Le clapet de décharge ouvre et l’huile
retourne directement au réservoir.
2
1
3
Bourarach, IAV/DEA, 2014 114
Le système à centre ouvert
Caractéristiques:
• Type de pompe: Cylindrée fixe (En m. agricole,
généralement à engrenage)
• Est-ce que l’huile circule si le système n’est pas en
demande ? Oui, avec retour au réservoir.
• Utilisation typique: Système de base (fendeuse à
bois), vieux tracteurs et système hydraulique
moderne en version économique.
• Débit d’huile dans le système: Toujours au
maximum.
39
Bourarach, IAV/DEA, 2014 115
Le système à centre ouvert (suite):
Caractéristiques
• Pression d’huile dans le système: Variable, selon la
résistance au débit.
Avantages:
• Simple
• Peu coûteux
• Faible perte de puissance en attente
• Requiert peu d’entretien (peu d’usure, peu de fuites
et peu de chocs).
Bourarach, IAV/DEA, 2014 116
Le système à centre ouvert (suite)
•Inconvénients:
• Réponse lente
• Peut actionner un seul actionneur en même
temps
Bourarach, IAV/DEA, 2014 117
Le système à centre fermé
Position neutre (Denis, 2002)
Pompe à
cylindrée
variable
Cylindre
DistributeurRéservoir
Maximum: 193 bars
40
Bourarach, IAV/DEA, 2014 118
Le système à centre fermé
Pour pousser le piston à gauche
Maximum: 193 bars
2
1
3
Bourarach, IAV/DEA, 2014 119
Le système à centre fermé
Pour pousser le piston à droite
2
1
3
Maximum: 193 bars
Bourarach, IAV/DEA, 2014 120
Le système à centre fermé
En surcharge
1) En maintenant le distributeur tiré,…
2) … l’huile pousse le cylindre au fond
et la pression monte rapidement…
3) … à une pression supérieure à la
pression d’arrêt de la pompe, la
pompe cesse de pomper de l’huile.
Maximum: 193 bars
21
3
41
Bourarach, IAV/DEA, 2014 121
Le système à centre fermé
Caractéristiques:
• Type de pompe: Cylindrée variable (En m.
agricole, généralement à pistons radiaux)
• Est-ce que l’huile circule si le système n’est
pas en demande ? Non, elle est bloquée au
distributeur.
• Utilisation typique: Tracteurs des années 70
et 80
• Débit d’huile dans le système: Variable selon
le besoin.
Bourarach, IAV/DEA, 2014 122
Le système à centre fermé
Caractéristiques (suite):
•Pression d’huile dans le système: Toujours au
maximum pour contrôler la pompe.
•Avantages:
•Réponse rapide
•Peut actionner plusieurs actionneurs en même
temps et efficacement.
Bourarach, IAV/DEA, 2014 123
Le système à centre fermé
Inconvénients:
• Moyennement complexe
• Moyennement coûteux
• Forte perte de puissance si le système n’est
pas en demande.
• Requiert beaucoup d’entretien (usure, fuites
et chocs)
42
Bourarach, IAV/DEA, 2014 124
Le système à centre fermé avec capteur de
charge: Position neutre (Denis, 2002)
Pompe à cylindrée variable
Vérin
DistributeurRéservoir
193 bars
25 barsCapteur de charge
Limiteur de pression
Valve navette
Bourarach, IAV/DEA, 2014 125
Le système à centre fermé avec capteur de charge
(load sensing):
193 bars
25 bars 3
Bourarach, IAV/DEA, 2014 126
Le système à centre fermé avec capteur de charge
193 bars
25 bars 3
43
Bourarach, IAV/DEA, 2014 127
Le système à centre fermé avec capteur de
charge: En surcharge
2) … l’huile pousse le
cylindre au fond et la pression
monte rapidement…
3) … à une pression
supérieure à la
pression d’arrêt de la
pompe
(compensateur de pression). La pompe
cesse de pomper de
l’huile.193 bars
25 bars3
1) En
maintenant le
distributeur tiré…
Bourarach, IAV/DEA, 2014 128
Le système à centre fermé avec
capteur de charge
Caractéristiques:
•Type de pompe: Cylindrée variable (En m. agricole,
généralement à pistons axiaux)
•Est-ce que l’huile circule si le système n’est pas en
demande ? Non, elle est bloquée au distributeur.
•Utilisation typique: Tracteurs modernes.
•Débit d’huile dans le système: Variable selon le
besoin.
Bourarach, IAV/DEA, 2014 129
Le système à centre fermé avec
capteur de charge
Caractéristiques (suite):
•Pression d’huile dans le système: Selon la
résistance au débit + le capteur de charge.
•Avantages:
•Réponse rapide
•Peut actionner plusieurs actionneurs en même
temps et efficacement
44
Bourarach, IAV/DEA, 2014 130
Le système à centre fermé avec
capteur de charge
•Avantages (suite):
•Faible perte de puissance si le système n’est pas en
demande.
•Requiert peu d’entretien (faible usure, peu de fuites
et de chocs).
•Inconvénients:
•Très complexe
•Très coûteux
Bourarach, IAV/DEA, 2014 131
LES APPLICATIONS (études de cas)
Bourarach, IAV/DEA, 2014 132
Relevage hydraulique du TRA
45
Bourarach, IAV/DEA, 2014 133
Contrôle de position
Bourarach, IAV/DEA, 2014 134
Mesure de la position
Bourarach, IAV/DEA, 2014 135
CP à asservissement hydraulique
46
Bourarach, IAV/DEA, 2014 136
CP à asservissement électronique
Bourarach, IAV/DEA, 2014 137
Contrôle d’effort
Bourarach, IAV/DEA, 2014 138
Schéma simplifié
47
Bourarach, IAV/DEA, 2014 139
Bourarach, IAV/DEA, 2014 140
Différents types de contrôle d’effort
Bourarach, IAV/DEA, 2014 141
Asservissement hydraulique
48
Bourarach, IAV/DEA, 2014 142
Contrôle mixte
Bourarach, IAV/DEA, 2014 143
Commande électronique et contrôle de patinage
Bourarach, IAV/DEA, 2014 144
Direction assistée intégrale(d. hydro-
mécanique)
49
Bourarach, IAV/DEA, 2014 145
Direction assistée intégrale(d. hydro-
mécanique)
Bourarach, IAV/DEA, 2014 146
Direction hydrostatique (N, D)
Bourarach, IAV/DEA, 2014 147
Doseur de débit
50
Pelle rétro
Bourarach, IAV/DEA, 2014 148
MB
Bourarach, IAV/DEA, 2014 149
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