diapohydrau

1 / 179 Hydraulique Thierry Boulay

HYDRAULIQUE

INDUSTRIELLE


Permettre aux tudiants d'apprhender un systme hydraulique pour en

modifier le cahier des charges et lui donner une fonctionnalit

supplmentaire.

Permettre aux tudiants d'apprhender un systme hydraulique pour lui

redonner la fonctionnalit pour lequel il avait t prvu, en changeant,

modifiant des lments n'assurant plus leur fonction ou ayant un mode de

fonctionnement dgrad.

Objectifs


1A Relations entre nergie mcanique et nergie hydraulique (6) 1B Viscosit (14) 1C Rgimes d'coulements (17) 1D Compressibilit et dilatation (21) 1E Pertes de Charges (24)

Principes gnraux

Le fluide hydraulique

La symbolique

hydraulique

2A Les produits aqueux (32)

2B Les huiles minrales (34)

2C Les huiles de synthse (36)

2D Caractristiques (37)

2E Dsignation des huiles minrales (47)

2F Contrles (49)

3A Autour du rservoir (52)

3B Autour du groupe de pompage (53)

3C Autour des distributeurs (54)

3D Autour des actionneurs (55)

Sommaire

Hydraulique Thierry Boulay

4A Le Rservoir (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 rducteur de pression (98)

4H Le limiteur de dbit (103)

4I Le rgulateur de dbit (107)

4J Le diviseur de dbit (111)

4K Le distributeur (113)

4L La pompe (125)

4M Le vrin

4N Le moteur

4O Synthse sur la technologie

La technologie

Sommaire

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Risques et

prventions en

intervention

Sommaire

Problmes et

solutions

technologiques

Bibliographie (178) Conclusion (179)

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Principes gnraux 1A Relations entre nergie mcanique et nergie hydraulique

La pression

A C

F2 D

B

F1

M

Soit une surface

ABCD (S) de centre

M, le liquide exerce

de chaque cot de

la surface une

force. Les forces

sont gales et

opposes.

Si lon fait tendre ABCD vers 0 le rapport dF/dS tend vers une valeur finie p que lon appelle la pression

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Thorme du travail

Pour faire passer un volume V de (1) (2) si p1



Thorme des puissances

qv est le dbit volumique par seconde et p la pression

relative

pqppqppt

V

t

WP vv 1212

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Comportement des fluides en mouvement

Q1 ; S1 ; c1 Q3 ; S3 ; c3 Q2 ; S2 ; c2

Dans le cas dun fluide qui scoule dans un

tube de section variable,

le volume ou dbit qui

passe par une section en

un temps dtermin est

le mme quelle que soit

la section considre

3322111 cScScSQ Equation de

continuit

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Comportement des fluides en mouvement Lnergie contenue dans un

fluide qui passe dans un tube

se dcompose en :

nergie potentielle elle dpend de la hauteur de la

colonne de fluide et de la

pression statique

nergie cinmatique elle dpend de la vitesse du fluide

et de la pression dynamique

csteczgp 2

2

1

Q1 ; S1 ; c1 Q3 ; S3 ; c3 Q2 ; S2 ; c2

Equation de

lnergie selon Bernoulli

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pour la longueur

pour la masse

pour le temps

pour lintensit pour la temprature

pour la matire

pour lintensit lumineuse


1 bar =105 Pa 1 N/mm=1 MPa

1 N/m=1 Pa 1 ch. = 736 W

T (K) = T (C) + 273,18

A retenir :

Le mtre (m)

Le kilogramme (kg)

La seconde (s)

LAmpre (A)

Le Kelvin (K)

La mole (mol)

Le candela (cd)

Par dcret du 03/05/61 modifi le 04/12/75, le systme lgal est le S.I. soit :

Les units fondamentales

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200 bars sont quivalents 20 000 volts Pour fixer les ides :

En hydraulique :

En hydraulique

aronautique :

Lunit est le bar. 1 bar = 1 daN/cm Les units retenues sont alors :

le cm longueur

la tonne masse

le dca newton force

L'unit est le psi (Pound per Square Inch).

1000 psi = 68,944 bars

Les units fondamentales

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W = F . l systme en translation W = M . q systme en rotation W = p .V systme hydraulique W = I . U . t systme lectrique


Travaux ou nergies :

F : force l : longueur M : couple c : vitesse linaire p : pression V : volume U : tension w : vitesse angulaire

I : intensit t : temps q : angle q : dbit volumique

Puissances :

P = F . c systme en translation

P = M . w systme en rotation

P = p .q systme hydraulique

P = U . I systme lectrique

Relations importantes

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Principes gnraux 1B Viscosit

Viscosit dynamique m (Mu)

Soit deux particules fluides

trs voisines en contact

suivant une petite facette dS

dcdS

dyFd t

.

.

m

dS

dF1/2 dFn

dFt dy

c

c +dc

2

1

Lunit est :

le Pa.s

ou

le Poiseuille

Viscosit

dynamique

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Viscosit dynamique m (Mu)

fluide

Temprature

(C)

Viscosit

dynamique m

(Pa.s)

Masse

volumique

(kg/m 3)

Eau 20 10-3 998

Eau 50 0,55.10-3 987

Ptrole 15 1,85.10-3 800

Huile

Glycrine 20 1,49 1260

20 10-2 4.10-2 880 950

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Viscosit cinmatique n (Nu)

Autres viscosits

m

est la masse volumique du fluide

considr.

Lunit est le m/s ou le St (Stoke). Le plus souvent on utilise le centi-Stoke.

1cSt = 1 mm/s

En Europe le degr Engler E

En Angleterre la seconde de Redwood " R

Aux USA la seconde de Saybolt " S

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Principes gnraux 1C Rgimes dcoulements

Nombre de Reynolds Re

dcRe

Re est

sans

unit

n : viscosit cinmatique (m/s) ou (St)

d : diamtre intrieur de la conduite (m)

c : vitesse d'coulement (m/s)

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Rgime Laminaire

Champ de

rpartition des

vitesses

Re < 2000

A retenir :

Un systme en

rgime laminaire

peut devenir

turbulent sous

l'action des

vibrations induites

par un moteur ou

pompe.

Les filets fluides restent // entre eux.

Dans les conduites hydrauliques de

sections circulaires et lisses, on obtient

un rgime laminaire tant que :

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Rgime Turbulent

Re > 3000

Champ de

rpartition des

vitesses

dsordonn

Remarque :

Si Re > 105, on

qualifie

l'coulement de

turbulent rugueux

et entre 3000 et

105 de turbulent

lisse.

Les filets fluides s'orientent de faon

alatoire. Dans les conduites

hydrauliques de sections circulaires et

lisses, on obtient un rgime turbulent si :

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Rgime Transitoire

2000< Re < 3000

Les filets fluides sorganisent et se dsordonnent au grs des variations

de la canalisation. Il existe une plage

d'coulement dont le rgime est dit

incertain.

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Principes gnraux 1D Compressibilit et Dilatation

Compressibilit

Pour les calculs de puissance et de travail dans le domaine hydrostatique le

fluide utilis est considr comme incompressible mais cette notion reste

essentielle pour le calcul des servomcanismes.

V

p

Soit un fluide, sous une

pression p dans un rcipient

de volume V et obtur par un

piston mobile.

DV

VDV

p+Dp

On fait varier le volume V

d'une quantit DV ngative,

alors la pression augmente

d'une quantit Dp positive.

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Compressibilit DV

V V-DV

p p+Dp

dp

dV

V

1

A retenir :

Pour les huiles minrales on a

exprim en Pa-1.

1111 10.80;10.60

Le coefficient de compressibilit est not et

est dfini par :

On parle galement de module de compressibilit du fluide EF, il est dfini par :

1FE

A retenir :

Pour les huiles minrales on a

exprim en MPa.

1700;1250FE

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Coefficient volumique de dilatation thermique

Ce coefficient a est dfini, pression constante, par :

A retenir :

Pour les huiles

minrales on a

a=0,7.10-3 C-1.

T

VV

D

Da

V : volume initial

DV : variation de volume

DT : variation de temprature (C)

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Principes gnraux 1E Pertes de charges

Introduction

z

Entre (E)

Sortie (S)

Ds qu'il y a une chute de pression Dp

entre la sortie et l'entre d'un systme,

on dit qu'il y a perte de charge.

L'quation de Bernoulli s'crit donc pour

une canalisation correspondant au

schma prcdent : p : pression (Pa)


: masse volumique (kg/m3)

z : cote (m)

g : acclration de la pesanteur

(m/s2)

JSE est l'nergie correspondant aux pertes de charge (0) en J/kg.

SEES

ESES Jzzgccpp

2

22

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Introduction

Dans le cas d'une conduite hydraulique, la variation de cote (z) est ngligeable

ainsi que la variation d'nergie cintique . On obtient alors : )(22

ES cc

SESE Jppp D

Il existe 2 types de pertes de charges :

Les systmatiques ; En rgime laminaire ; En rgime turbulent lisse ; En rgime turbulent rugueux.

Les singulires.

On retrouve les pertes de

charges systmatiques

dans les canalisations

simples et les pertes de

charges singulires pour

toutes les anomalies dans

les circuits (tranglements,

coude,).

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Pertes de charges systmatiques en rgime laminaire

d

cp

2

2D

l : longueur de la conduite (m) c : vitesse d'coulement (m/s)


d : diamtre intrieur de

l'coulement (m)

n : viscosit cinmatique (m2/s)

eR

64

A noter : La temprature influence la viscosit, elle influence donc aussi les

pertes de charges.

Systmatique

en rgime

laminaire

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Pertes de charges systmatiques en rgime turbulent lisse

d

cp

2

2D




l'coulement (m)


25,0316,0 eRSystmatique

en rgime

turbulent lisse

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Pertes de charges systmatiques en rgime turbulent rugueux

d

cp

2

2D




l'coulement (m)


A noter : Pour atteindre le rgime turbulent rugueux, il faut des vitesses d'coulement

trs rapides donc inutilises en transmission de puissance hydrostatique.

d

79,0

: hauteur moyenne

des asprits (mm)

En pratique pour les

tubes en acier souds :

25,0;15,0

Systmatique en

rgime turbulent

rugueux

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Pertes de charges singulires



x (Xi) une constante fonction de

la singularit

Voir le tableau fourni :

2

2cp

D

x

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Hydraulique Thierry Boulay 30 / 179


Le Fluide Hydraulique

Introduction

Il existe 3 types de fluide :

les produits aqueux les huiles minrales les huiles de synthse

Les huiles minrales sont de loin les plus utilises dans

les transmissions de puissances hydrauliques. Pour des

cas spcifiques, on peut utiliser les 2 autres.

Les produits aqueux sont des liquides base d'eau.

L'huile de synthse est compose d'une structure

molculaire unique.

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Le Fluide Hydraulique 2A Les produits aqueux

L'eau est le fluide qui remplit le mieux la caractristique

d'ininflammabilit.

On y rajoutait souvent de la glycrine pour abaisser sa temprature de

conglation ainsi qu'amliorer son pouvoir graissant.

Aujourd'hui c'est le glycol qui remplace la glycrine.

A noter :

Le principal problme est l'vaporation de l'eau. Cela change les proprits

initiales du fluide, il faut donc vrifier rgulirement les proportions du

mlange et rajouter de l'eau.

Les produits eau + glycol sont utiliss dans les systmes agroalimentaires.

Ils retrouvent aujourd'hui aussi un intrt dans les systmes "cologiques".

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Le Fluide Hydraulique 2A Les produits aqueux

Eau + glycol Eau + huile

Plage de temprature -20 + 60 C +5 +60 C

Masse volumique

(kg/dm3)

1,1 1

Prix De 2 4 fois plus cher que l'huile minrale

Applications Fonderie, sidrurgie, mines, aronautique

Caractristiques

Prcautions d'emploi

Faible pouvoir lubrifiant

Trs faible viscosit

Faible dure de vie

Gonflement des organes en polyurthane

Utilisation de cartouches filtrantes adaptes

Agressivit envers le cadmium, le zinc, le

magnsium

Tableau comparatifs

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Le Fluide Hydraulique 2B Les huiles minrales

Ptrole

brut

Distillation

pa Distillation

sous vide

Huile

brute

Hydrocarbure

satur

Hydrocarbure

non satur

Aromatique

Paraffine

normale

Isoparaffine

naphtne

benzne

thylne

L'huile minrale est obtenue par transformation chimique du ptrole.

La composition de l'huile minrale est une chane complexe comportant

gnralement :

Une huile aromatique Un hydrocarbure satur de type naphtne Un hydrocarbure satur de type paraffine normale

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Le Fluide Hydraulique 2B Les huiles minrales

A noter:

On ajoute trs souvent des additifs pour rpondre des fonctions

spcifiques assurer par le fluide.

Pour viter une usure prmature du fluide hydraulique, on limite sa

temprature en tout point du circuit 60C.

A retenir :

Le fluide hydraulique est cancrigne ; si une blessure sinfecte la suite dun contact avec un fluide hydraulique, consulter un mdecin.

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Le Fluide Hydraulique 2C Les huiles de synthse

Tableau comparatifs

Ester phosphatique

(skydroll)

Hydrocarbure

chlor

Plage de temprature -20 + 150 C -20 + 150 C

Masse volumique

(kg/dm3)

1,2 1,4

Prix De 2 4 fois plus cher que l'huile minrale

Applications Mines, Aronautique

Caractristiques

Prcautions d'emploi

Masse volumique importante

Agressivit envers les matriaux non ferreux

(tflon)

Utilisation de joint en thylne Propylne

Filtration lente

Utiliser des tuyaux de grosses sections

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Le Fluide Hydraulique 2D Caractristiques

Indice de Viscosit Vi

Huile srie L

Huile srie H

Huile examine

temprature 210 F 100 F

H U

L

"S

Cet indice est fondamental dans le domaine de l'hydraulique industrielle. Il

s'agit en effet d'un indice qui prend en compte la variation de la viscosit en

fonction de la temprature.

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Indice de Viscosit Vi

Huile srie L

Huile srie H

Huile examine

temprature 210 F 100 F

H

L

"S

L'huile de srie L est une huile asphaltique ayant une variation de viscosit importante avec

la temprature et laquelle on attribue un indice 0.

L'huile de srie H est une huile paraffinique ayant une faible variation de viscosit avec la

temprature et laquelle on attribue un indice 100.

L'indice de viscosit Vi est

calcul la temprature

de 100F (38 C)

100

HL

ULVi

U

Les deux huiles de

rfrence ont une viscosit

210 F (99 C) identique.

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A retenir :

Pour les fluides hydrauliques, on exige un indice de viscosit proche de

100.

Plus l'indice est lev moins il y a de risque que le fluide subisse un

changement de viscosit avec une variation de la temprature.

A froid on observe souvent des phnomnes de cavitation.

La viscosit double au-del de 350 bars.

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Le point d'aniline est la temprature correspondant au changement d'aspect d'un

mlange d'aniline et d'huile (en parties volumtriques gales) pendant son

refroidissement. A haute temprature, le mlange 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 trs importante car 2 huiles de caractristiques

voisines (acidit, viscosit, puret,) auront des comportements diffrents envers le caoutchouc, lment largement utilis dans la fabrication des joints d'tanchit. Ce

point d'aniline permet dans la plupart des cas d'utilisation de caoutchouc synthtique,

de dterminer si celui-ci gonflera ou rtrcira. L'objectif est que la variation de volume

du joint soit la plus faible possible. En gnral, plus le point d'aniline est lev et plus le

joint se contracte, devient donc dur et cassant, et inversement plus le point d'aniline est

bas (en dessous de 80) et plus le joint gonfle et devient donc mou. Une bonne valeur

de PA est aux environs de 100.

Point daniline

A retenir :

Attention aux nettoyages aux hautes pressions avec des agents solvants, ils

agressent les joints.

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L'onctuosit est l'aptitude rduire les frottements entre deux surfaces. Plus la

pellicule fluide interpose entre les surfaces est permanente et plus le glissement

est facile et plus l'onctuosit est importante.

Onctuosit

A retenir : Pour les huiles minrales il est aux environs de 120 C.

Point clair ou dinflammabilit

C'est la temprature laquelle il faut chauffer le fluide pour que les vapeurs

produites s'enflamment au contact d'une flamme ET s'teignent aussitt.

Point de feu ou de combustion

C'est la temprature laquelle il faut chauffer le fluide pour que les vapeurs

produites s'enflamment au contact d'une flamme ET demeurent allumes au

moins 5 secondes.

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Point dauto inflammation

C'est la temprature laquelle il faut chauffer le fluide pour qu'il s'enflamme

spontanment au contact de l'air.

Il y a 3 moments :

Point de trouble : C'est la temprature o apparat une opacit due la

cristallisation de la paraffine lorsque la temprature s'abaisse.

Point de figeage ou d'coulement : C'est la temprature o l'huile ne peut plus

s'couler.

Pour les huiles minrales il est de 30C. Point de fluage : C'est le point inverse du figeage mais en partant d'une huile

congele. Lorsque deux pices congeles, avec l'huile qui les entoure,

redeviennent mobiles par un rchauffement lent on obtient le point de fluage.

Point de conglation

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Proprits anti-corrosives ou indice dacide

En hydraulique de nombreuses pices sont en cuivre et en acier. Il est important

que le fluide n'agresse pas ces matriaux. En plongeant une lame de cuivre dans

le fluide pendant 3 heures 100C on apprcie ou non la prsence d'acide dans

celui-ci si il y a un changement d'aspect de la lame.

L'indice d'acide est le nombre de milligramme de potasse ncessaire neutraliser

1 gramme du fluide.

Aprs chauffage sous certaines conditions du fluide tudi il ne reste plus que du

coke. L'importance et l'aspect de celui-ci renseigne sur l'aptitude du fluide ne pas

trop se dposer sur les parois lors d'utilisation des tempratures trs leves.

Carbone rsiduel

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Comportement vis--vis de lair ou ds mulsion

Tout fluide est capable d'absorber

une certaine quantit d'air sans pour

autant que ses caractristiques

soient notablement modifies.

Au del d'une certaine quantit d'air le fluide est "diminu" car les molcules d'air se

juxtaposent. On dfinit donc un coefficient de solubilit appel coefficient de Bunsen ou

d'Oswald.

La quantit d'air est proportionnelle la pression. Il est donc trs important dans les

systmes hydrauliques d'en tenir compte. Plus la pression est leve et moins il y a d'air.

Molcules d'huile

Molcules 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 tempratures, du fluide, suprieures 60C, chaque tranche de 10C

supplmentaire, double loxydation lair ; il faut penser alors le refroidir.

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Conductibilit thermique

Elle caractrise l'aptitude du fluide vacuer la chaleur produite par les divers

frottements mcanique ou hydraulique.

Un mauvais refroidissement par conduction du fluide peut obliger l'adjonction d'un

changeur huile air.

Elle caractrise l'aptitude du fluide ne pas conduire l'lectricit en cas de court-

circuit.

Il est important pour le bon fonctionnement des organes lectriques que la

continuit lectrique ne soit pas remise en cause par une fuite de courant par le

fluide hydraulique.

Non conductibilit lectrique

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Autres caractristiques

Un certain nombre d'autres caractristiques permet d'amliorer le fluide, il s'agit :

Du pouvoir dtergent : Caractrise l'aptitude du fluide nettoyer en permanence les surfaces

contamines dans lequel il circule.

Du pouvoir de dsaration : Caractrise l'aptitude du fluide permettre aux bulles d'air de remonter

la surface, au niveau de la bche.

Du pouvoir anti-usure : Caractrise l'aptitude du fluide limiter l'usure des pices mtalliques en

mouvement son contact.

Du pouvoir anti-mousse : Caractrise l'aptitude du fluide s'opposer la formation de mousse en

surface lors des remontes de bulles d'air.

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Le Fluide Hydraulique 2E Dsignation des huiles minrales

Il s'agit d'une classe de viscosit, on aura donc une valeur mini et une valeur maxi

autour de la valeur nominale. Il existe 7 classes : 15 ; 22 ; 32 ; 46 ; 68 ; 100 et 150.

viscosit cinmatique n en

mm2/s 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 tablie partir de la norme ISO ASTM. International Standard

Organisation American Society for Testing and Materials.

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Le Fluide Hydraulique 2E Dsignations des huiles minrales

Autres caractristiques

HH : huile minrale brute

HM : HL + pouvoir anti-usure

HV : HM + viscosit leve

HG : HM + anti-stick-lip (broutement)

Pour chaque classe il existe 5 catgories HH ; HL ; HM ; HV et HG allant de la

plus simple la plus labore.

HL : HH + pouvoir anti-rouille + pouvoir anti-oxydation

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Le Fluide Hydraulique 2F Contrles

Qualitatif

Effets Causes

Visuel Mousse couleur particules Eau, air Oxydation par l'air mtaux

Auditif Bruits anormaux Air dans le circuit

Olfactif Odeurs anormales Fluide en dcomposition du q leve

Quantitatif

Il est effectu sur un chantillon prlev ( 100ml). C'est le fabricant d'huile

qui fournit le flacon et effectue le contrle, il vrifie :

La couleur ; La viscosit ;

La teneur en eau ; La prsence de composes ;

La prsence d'additifs ; La prsence de sdiments ;

Le nombre de particules et leur taille ;

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Quantitatif Il existe 14 classes de pollution. On fait passer sur un filtre de 1mm 100cm3 de fluide, on

dnombre automatiquement alors les particules en fonction de leur taille. Norme ISO 4406

de 1999. Si pas de comptage automatique (APC) le code ne contient que 2 chiffres

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> 4 mm > 6 mm > 14 mm Code

de de de

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 12/9/6

1000 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



Quantitatif : tableau de rfrences selon classe de propret

A noter : Lhuile se retraite, avec 3

litres dhuile usage, on en

refait 2 litres.

Attention toutefois

ce quelle ne soit pas chlore

car lopration est alors impossible.

Si elle est trop

pollue, elle est

incinre.

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Utilisation 19/16/13 21/17/13 22/18/15 23/20/17

Servovalves

Vannes de rgulation

Soupapes

proportionnelles

Pompes

P > 160b

Pompes

P < 160 b

Hydraulique basse

pression


La Symbolique Hydraulique

Introduction

On peut dcomposer la constitution d'un systme hydraulique en 4 zones.

Le rservoir

Le groupe de

pompage et sa

protection

Le systme de

distribution

Les actionneurs

Doit contenir le fluide dans son tat initial

de propret et de caractristiques

Doit assurer le bon guidage du fluide sous

pression et respecter le dbit

Sans eux pas de systme utile. Ils doivent

rsister aux efforts moteurs et rcepteurs

Cest lui qui doit dlivrer le dbit permettant dassurer les bonnes vitesses de dplacement et assurer le besoin de

pression aux actionneurs

52 / 179

Rchauffeur


La Symbolique Hydraulique 3A Autour du rservoir

Rservoir

Manomtre Filtre Refroidisseur Accumulateur

de pilotage de travail de retour

Les canalisations

Raccordement

non sparable

Raccordement

sparable

Conduite

flexible 53 / 179

Raccord rapide clapet

coupl

ferm

Raccord :

branch

bouch

Clapet anti-retour pilot


La Symbolique Hydraulique 3B Autour du groupe de pompage

Pompe

cylindre

fixe et un

sens de

flux

Pompe cylindre

fixe et deux

sens de flux

Clapet anti-retour

Sans ressort

Clapet anti-retour

avec ressort

54 / 179

Pompe cylindre

variable et un

sens de flux

Dbitmtre

Accouple

ment

Limiteur de

pression rglable


La Symbolique Hydraulique

/ 2 positions

3C Autour des distributeurs

Vanne d'isolement NO

mcanique

manuelle Poussoir

crans

Poussoir

lectrique deux

enroulements un

enroulement

5 voies /

Galet Ressort

Poussoir Pdale Levier

Exemple de ralisation

4/3 commande lectrique et rappel au

centre par ressort

P

A B

T

55 / 179

fluidique pneumatique hydraulique

Commandes :


La Symbolique Hydraulique 3D Autour des actionneurs

Rducteur de

dbit rglable

Moteur

cylindre

fixe et un

sens de flux

Schma simplifi d'un vrin

simple effet rappel par ressort

Vrin rotatif

Schma dtaill d'un vrin double effet

avec

Moteur

deux sens

de flux et

cylindre

variable

56 / 179

Vrin tlescopique

amortisseur arrire rglable


La Technologie 4A Le rservoir

Il sert stocker le fluide, une grande capacit est ncessaire pour assurer le

refroidissement et sa dsaration. En outre il doit permettre la vidange et la

visualisation du niveau.

Sur le couvercle sont fixs le groupe moto-pompe, un manomtre et un

clapet by-pass.

Voir le document fourni

57 / 179



A

R

E

T

E

N

I

R

/

La cloison sert de refroidisseur par conduction avec le milieu extrieur.

Cette cloison de stabilisation permet aussi de sparer la chambre

d'aspiration de la chambre de retour.

En circuit ouvert la quantit convenable estime est de 3 fois le volume

refoul par la pompe pendant 1 minute.

Le filtre l'admission est en gnral une crpine de 150 mm.

Les tuyauteries de refoulement et daspiration seront coupes en biseau et tournes vers lextrieur de la paroi.

59 / 179



/

A

R

E

T

E

N

I

R

La vidange s'effectue gnralement toutes les 2000 3000 heures ou au

moins une fois par an. Au niveau du remplissage un filtre de 10 20 mm est

install, le filtre doit en fait avoir un pouvoir suprieur au besoin.

Pour respecter les nouvelles directives environnementales, il doit y avoir

autour du rservoir un bac de rcupration du fluide hydraulique, ce bac

doit tre capable daccueillir la quantit de fluide quil y a dans le circuit.

Sur lun des bouchons de vidange, placer un robinet qui permettra dvacuer leau du fond du bac. Pour les systmes qui fonctionnent

souvent, il y a condensation rgulire et il faut prvoir une purge toutes les

semaines.

60 / 179



Schma de principe des constituants Le clapet by-pass est ouvert au repos et

permet au dmarrage

dviter le pic de pression. Quand la

pompe est en rgime

tabli, on actionne le by-

pass.

61 / 179


La Technologie 4B Le filtre

Elment indispensable, il retient les particules solides et vite les

grippages, les rayures et donc participe l'augmentation de la MTBF.

Si les jeux dun mcanisme hydraulique sont de lordre de 5 mm, il est ncessaire de filtrer le fluide avec un tamis de 3 4 mm.

Techniques de filtrations

Il existe 3 techniques.

le fluide passe dans un filtre (papier, toile, fibres,)

les particules magntiques sont attires

les particules tombent dans la rserve

Par tamisage

Par effet magntique

Par dcantation

Inconvnient : occasionne des pertes de charges singulires leves

Inconvnient :

Inconvnient :

ne retient que les particules magntiques

la masse volumique de la particule doit tre

suprieure celle du fluide

62 / 179


La Technologie 4B Le filtre

C'est le filtre le plus utilis. On le trouvait

au niveau de l'aspiration mais il cre des

cavitations et est donc maintenant install

sur la boucle de retour. Il est galement

install sur les lments eux mmes pour

les protger.

Les toiles mtalliques ont un pouvoir de

filtration jusqu' 20 mm. Les toiles de

papier imprgn ont elles un pouvoir de

rtention des particules jusqu' 5 mm.

Pour le nettoyage des toiles mtalliques on

utilise des bains ultrasons. Les toiles de

papier sont jetables.

Pour les systmes pollus rapidement

(systmes avec beaucoup de vrins), on

peut dialyser le systme pendant les

priodes de repos.

Le filtre tamisage

63 / 179


Introduction

La Technologie 4C Canalisations

Elles doivent rsister la pression et aux agressions intrieures et extrieures.

Elles ne doivent pas engendrer de grandes pertes de charge. Leur

dimensionnement est normalis.

Il existe deux types de canalisations :

Les rigides Les souples.

A retenir :

Au niveau des raccordements, le diamtre de passage du fluide est souvent

plus petit que le diamtre intrieur de la canalisation. Il faut donc limiter les

raccords inutiles qui engendrent de nombreuses pertes de charge.

Les nouvelles directives europennes imposent pour les canalisations flexibles

un anti-fouettement et une anti-aspersion. Elle est principalement ralise par

un cble qui empche le tuyau de fouetter et donc aussi dasperger. Les pertes de charges dans les canalisations souples sont trs importantes,

prfrer quand cela est possible les systmes rigides.

64 / 179


Canalisations rigides


Il s'agit le plus souvent de tube sans soudure (tirage froid) vitant ainsi, lors

du cintrage, de faire apparatre des particules.

Matriau :

Tu 37 b (type standard) E235 lectro-zingu l'extrieur

35 Cr Ni Ti 72 40 (si risque d'oxydation important)

A noter : Les tubes doivent tre livrs bouchs aux extrmits et remplis de

gaz neutre. S'il n'en est pas ainsi il faut les nettoyer nergiquement avec de la

soude pour enlever les particules organiques puis les rincer puis les nettoyer

une nouvelle fois au tri chlore pour enlever les graisses.

65 / 179


Canalisations souples


Il s'agit d'lastomre renforc de fibres mtalliques. La temprature d'utilisation

doit tre comprise entre 40C et +120C. Elles existent selon deux techniques de filage sur plusieurs couches :

A retenir :

Si lon peut maintenir la main sur une canalisation flexible alors le fluide lintrieur est en dessous de 70C.

66 / 179



Rgle de montage des tuyauteries souples

67 / 179



Les raccords

Il s'agit des lments de jonction entre les conduits ou appareils. Ils sont

raliss selon diffrentes techniques :

Raccord bride

Il est ralis sur le

principe de la

compression d'un

joint intercal

entre deux faces

d'appui

68 / 179



Les raccords



Raccord viss

Une zone sphrique est

rapporte la canalisation

par soudage. Un crou

concentrique au tube

assure le maintien entre

les lments. Il est moins

encombrant que le

prcdent.

69 / 179



Les raccords



Raccord panouissement

Ce raccord est plus

simple que le

prcdent mais

moins rsistant aux

vibrations et donc

moins endurant.

70 / 179



Les raccords



Raccord olive

L'olive est en laiton et vient

se dformer lors du serrage.

Le montage est trs rapide

mais pour des dmontages

frquents il est dconseill.

L'olive peut tre en acier trait. Elle

doit alors prsenter une arte vive.

Systme trs utilis en aronautique.

71 / 179



Les raccords



Raccord de flexible

Ils sont livrs monts

par le fabricant et par

consquent non

rparables.

72 / 179



Les raccords



Raccord dmontable tanche

Ils doivent tre exclusivement

utiliss pour les essais des

quipements hydrauliques.

Les deux jonctions s'obturent

automatiquement.

L'accouplement peut

s'effectuer soit par vissage

soit par clips billes.

73 / 179



Dimensionnement

Il faut y faire particulirement attention. En effet il en existe deux sries non

compatibles :

en millimtres au pas du gaz

Voir le document fourni

A noter : Il existe une pression dpreuve pour les canalisations, elle est 1.5 fois suprieure la pression de service.

74 / 179



Dtermination du diamtre de la canalisation

Le diamtre intrieur di est fonction du dbit et des caractristiques du fluide

hydraulique. On obtient partir de l'quation de continuit :

c

qd i

4 c : vitesse d'coulement (m/s) q : dbit (m3/s)

di : diamtre intrieur de l'coulement (m)

76 / 179



Dtermination du diamtre de la canalisation

Dans une mme installation hydraulique, les dimensions des canalisations sont

diffrentes selon leur destination et donc les vitesses d'coulement aussi :

Aspiration : 0,6 m/s si n=150 mm/s

0,75 m/s si n=100 mm/s

1,2 m/s si n=50 mm/s

1,3 m/s si n=30 mm/s Travail sur machines fixes :

avec n entre 30 et 150

2,8 m/s si p=25 bar

3,8 m/s si p=50 bar

4,8 m/s si p=100 bar

5,5 m/s si p=200 bar

6 m/s si p>200 bar

Sur les machines mobiles les vitesses

sont multiplier par 1,2 2

Retour : 2 3 m/s Drainage : 1 1,5 m/s

77 / 179


La Technologie 4D Accumulateurs

Leur rle

stocker un certain volume de fluide sous pression pour le restituer en

fonction des besoins.

pour les commandes d'urgence (terminer un mouvement, actionner

un frein,)

amortir les chocs dans les dmarrages des installations.

Une chambre deux orifices

spars par un lment tanche.

L'un des orifices est reli au

systme et l'autre permet le

remplissage avant utilisation d'un

gaz gnrant un contre effort. Le

gaz utilis est l'azote (gaz inerte).

Le principe orifice de remplissage

gaz gnrant

un contre effort

chambre

lment tanche

orifice reli au systme

78 / 179



A membrane

Il en existe 3 principaux types

Visse Soude

A vessie A piston

79 / 179



Scurit

A noter : La vrification des accumulateurs est rglemente. Le premier

contrle est effectuer au bout de 10 ans et ensuite tous les 5 ans.

A retenir : Lors des

arrts des systmes

pour les maintenir,

faire attention aux

accumulateurs qui

conservent la pression

sauf si celle-ci est

vacue. Mettre si cela

est possible le systme

de protection de

laccumulateur et de lagent conformment la solution suivante :

Vanne de purge

normalement

ferme

Vanne

disolement

normalement

ouverte

Vers le circuit

Limiteur de pression

NON rglable de

surcharge

80 / 179



Dtermination dun accumulateur

Lobjectif habituel est de fournir un volume Dv de fluide.

Laccumulateur est caractris par le volume dazote V1 et la pression de gonflage de lazote p1.

En fonctionnement simple quand le systme est au

repos laccumulateur est dans la configuration de ltat 1.

Il ny a alors pas de fluide hydraulique dans laccumulateur.

Quand le systme fonctionne, si la pression dans le

circuit hydraulique est suprieure p1 alors le fluide

hydraulique pntre dans laccumulateur.

81 / 179




Pour viter de dcharger compltement

laccumulateur de son huile et donc de mettre le clapet de protection en contact avec la vessie, on

conserve dans la phase dutilisation un petit volume dhuile dans laccumulateur.

On obtient alors la configuration de ltat 2.

On bloque la pression de gonflage < la pression

dutilisation soit :

p1= 0.9 x p2

82 / 179


Quand laccumulateur est compltement charg on obtient ltat 3. La pression du fluide hydraulique est au maximum et le

dbit excdentaire retourne au rservoir

par le LdP.

Dans les accumulateurs vessie pour

viter de trop dformer la membrane on

limite :

32

3 p

p



83 / 179


En conclusion il faut, pour dterminer un accumulateur, connatre :

v1 : volume dazote p1 : pression de gonflage de lazote Dv = v2 v3 : volume de fluide restituable par laccumulateur

Remarque : Dans les calculs de thermodynamique, on utilise toujours les

pressions absolues pa.

En hydraulique en revanche on utilise les pressions relatives (indication

des manomtres).

pa = pr +patmos.

Pour lazote on utilise les pressions absolues.

1bar



84 / 179


le volume Dv est :


Dtermination du volume restituable par laccumulateur Dv :

Q

(l/min)

Q1

Q2

Q3

Q4

t1 t2 t3 t4

Temps

de cycle

(s)

Sans accumulateur la pompe

doit dbiter au dbit maximum

soit Q3.

Avec accumulateur la pompe

doit dbiter au dbit moyen

soit Qmoy.

Qmoy

i

ii

t

tQQmoy

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 schma propos t 3.

85 / 179



Dtermination du volume dazote

TRmvp p : pression (Pa) m : masse (kg)

v : volume (m3)

T : temprature (K)

R=297 J/kg.K pour lazote

Si la charge/dcharge est rapide (cycle dutilisation de laccumulateur



Dtermination du volume dazote

On a donc 6 inconnues : p1 ; p2 ; p3 ; v1 ; v2 ; v3. Il faudra 6 quations.

Pour la charge de 1 vers 3 : 3311 vpvp

Pour la dcharge de 3 vers 2 :

2233 vpvp

Dv = v2 v3 p3 : pression maximum du circuit (LdP ouvert)

p2 : pression du rcepteur qui aura besoin de laccumulateur p1= 0.9 x p2

On obtient alors un calcul thorique du volume dazote dont on a besoin :

/1

3

1

/1

2

1

1

D

p

p

p

p

vv

87 / 179



Dtermination de la pression dazote

En utilisant les mmes quations on obtient :

/1

2

/1

31

321

ppv

vppp

D

On dtermine par la lecture dans un catalogue fournisseur laccumulateur appropri. On aura sur celui-ci le volume dazote nominal et le volume dazote rel. Cest ce dernier qui permettra de calculer la pression de gonflage rel.

88 / 179


Schma de

principe

La Technologie 4E Clapet anti-retour

Standard

Comme son nom l'indique il permet le passage du fluide dans un sens et

l'interdit dans l'autre.

Le fluide passe de A vers B aprs avoir

vaincu la force dveloppe par le

ressort sur le clapet conique. Dans le

sens inverse le fluide maintient en plus

du ressort le clapet conique sur son

sige. Ralisation dangle

89 / 179



Standard

Vue extrieure

Composant

L'utilisation en pont de Graetz de 4

CAR peut permettre l'utilisation de

composant dans les mmes

conditions quelque soit le sens de

circulation du fluide.

90 / 179



Pilot

Le principe de base reste le mme mais dans certaines utilisations on peut

avoir besoin d'annuler le blocage du fluide.

Il suffit pour cela

d'alimenter

hydrauliquement

l'orifice X forant ainsi

le clapet conique

s'ouvrir. Pour annuler

la commande on

alimente l'orifice Y ou

on laisse le ressort de

rappel agir ; attention

toutefois au retard de

fermeture dans ce

cas.

91 / 179


La Technologie 4F Limiteur de Pression Rglable

Introduction

C'est un appareil indispensable dans toute installation hydraulique, il sert

protger les diffrents organes d'une lvation de pression importante.

Pour des utilisations simples il est commande directe et est labor sur le

mme principe que le CAR mais le ressort exerce une action fondamentale

et la valeur de l'effort est parfaitement dtermine.

Il en existe trois principaux types :

clapet, avec dash-pot tiroir.

Le limiteur de pression commande directe a des limites d'utilisation qui se

situent aux environs de 200 bars et aux faibles dbits. Au del on utilise

des limiteurs de pression commande indirecte.

92 / 179



A clapet

La force d'ouverture est

modifie par la valeur de

pression rgnant dans la

canalisation de retour.

Plus le dbit est important

et plus la pression sera

importante et moins le

limiteur de pression

ragira au moment

opportun. Par ailleurs, s'il

y a galement des

variations importantes de

la pression, un

phnomne d'oscillation

risque d'apparatre.

93 / 179



A clapet et dash pot

Le systme

dash-pot est

un amortisseur

attel sur le

clapet du cot

de la pression.

L'objectif de ce

systme est

d'attnuer les

oscillations.

Plus le fluide

est visqueux et

plus le

systme est

efficace.

94 / 179



A tiroir

C'est la

pression dans

la canalisation

de drain qui

modifie

l'ouverture. Il

en rsulte que

ce deuxime

limiteur est

plus prcis que

celui clapet.

95 / 179



A commande indirecte

Le clapet (1) existe toujours mais ne reoit

qu'un faible dbit d l'tranglement (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 assur par un

ressort de faible raideur (5).

Ds qu'il y a une surpression le clapet

s'ouvre crant une forte dpression du

cot du ressort (5) permettant au tiroir de

se dplacer pour laisser le fluide s'couler.

Remarque : faire attention aux temps de

commutations qui sont plus longs que pour

les limiteurs de pression directs.

96 / 179




Le clapet est ralis par la bille (4)

97 / 179




Symbolisation simplifie

selon norme ISO 1219-1

Remarques sur les LdP

A noter : Le limiteur de pression principal doit tre plomb, empchant ainsi

le drglement.

A retenir : Sur les cycles courts, sur les dbits importants ou sur les cycles

rapides, le limiteur de pression est souvent le point chaud du systme ;

20 C de plus que dans le rservoir.

98 / 179


La Technologie 4G Rducteur de Pression Rglable

Rle

Le rle du rducteur de

pression est diffrent, il

permet de limiter la pression

dans toute une branche

d'une installation, cette

pression tant bien sr

infrieure la pression

dlivre par la pompe. Il en

est ainsi si le composant

secondaire ne peut

supporter la pression

principale. Le schma est

donc diffrent.

Limiteur de

pression non

rglable de

protection

globale

Vers branche

secondaire

Vers circuit

principal

rducteur de

pression rglable

Limiteur de

pression rglable

99 / 179



RdP commande directe

Ds que la pression p2 est

atteinte, le tiroir se dplace pour

obturer l'alimentation. P1

ninfluence pas la mobilit du piston puisque les pressions

squilibrent. Si p2 diminue, le ressort joue son rle et place le

tiroir dans la position propose.

Remarque :

Si p2 vient encore augmenter,

rien ne protge le rducteur, on

prfre donc utiliser des

rducteurs 3 voies.

100 / 179



RdP commande directe et 3 voies

Systme de protection de la branche

secondaire en intgrant un LdP.

p2 non atteinte

p2 atteinte

p2 dpasse

101 / 179



RdP commande indirecte

Les commandes indirectes sont utilises pour les grands dbits. L'tage de

pilotage est ralis par un limiteur de pression action directe.

A noter :

Il faut prendre

en compte dans

les calculs de

dbit, le dbit de

fuite d la

commande de

ce rducteur sur

le circuit

secondaire.

102 / 179



Ralisations

RdP commande

directe 3 voies avec

clapet anti retour RdP simple

commande

directe

103 / 179


La Technologie 4H Limiteur de dbit

Principe

x

D

psq

2.

1 2

On vient de voir comment limiter ou rduire la pression il reste maintenant

travailler sur le dbit. Le principe est simple. Il suffit d'trangler la canalisation

pour diminuer le dbit.

s est la section de la zone trangle.

En appliquant Bernoulli entre les points 1 et

2 ainsi que les pertes de charges

singulires pour le rtrcissement entre les

deux zones, on obtient :

104 / 179



Principe

Cette fonction n'est pas simple et elle prsente un certain nombre

d'inconvnients d'utilisation dans les limiteurs de dbits.

Nanmoins en regardant de plus prs, on voit que l'influence de la section

rtrcie est plus importante que les autres valeurs.

Si le rgime est turbulent, x est pratiquement une fonction exclusive de la

forme de la restriction (aire de la surface mouille sur la section de la

restriction) ; x grandit avec le rapport prcdent. Avec toutes ces remarques,

on obtient quand mme un limiteur de dbit utilisable.

Problme li ltranglement pour dbit fixe

Dsignation et reprsentation Remarque Dsignation et reprsentation Remarque

Gicleur La surface mouille

est importante, il est

donc sensible aux

variations de viscosit

Orifice calibr La surface mouille est

pratiquement nulle, il est

donc indpendant de la

viscosit

105 / 179



Problme li la forme pour un dbit rglable

Dsignation et reprsentation Remarque Dsignation et reprsentation Remarque

pointeau La surface mouille

est faible, il est donc

peu sensible aux

variations de viscosit

sifflet La surface mouille est

grande, il reste

indpendant de la

viscosit car utilis

uniquement pour les

grands dbits

Ralisation

Clapet anti

retour

Bague tournante

molete de rglage Rgulation par orifice calibr

106 / 179



Ralisations

107 / 179


La Technologie 4I Rgulateur de dbit

Modlisation et principe

Pour les cas o la diffrence de pression doit tre matrise, on prfre le

rgulateur de dbit.

La balance de pression est soumise chaque extrmit pc et pi. Ces deux

pressions sont prises en amont et en aval de la rgulation de dbit et permettent

d'asservir l'tranglement variable pour conserver le dbit, quelque soit la variation

de pression.

La disposition de

la balance de

pression

dtermine le

type de

rgulateur.

Balance en srie montage 2 voies Balance en // montage 3 voies

108 / 179



Modlisation et principe

A noter :

Les rgulateurs de dbit sont utiliss selon trois types de montage :

En alimentation du rcepteur : montage traditionnel, En retour au rservoir : pour les vrins verticaux, En drivation : pour un meilleur rendement.

Balance en srie montage 2 voies Balance en // montage 3 voies

109 / 179



Montage avec retour au rservoir

La charge tant pesante, la matrise de la vitesse de descente ne seffectue pas par lamont mais par laval. Les CAR sont alors monts en sens inverse.

Montage traditionnel

110 / 179



Montage avec retour au rservoir classique

111 / 179



Montage en drivation

L'intrt rside dans le fait que le dbit excdentaire retourne au rservoir

par le rgulateur de dbit et non par le limiteur de pression.

112 / 179


La Technologie

Son rle est simple, il doit diviser le dbit entrant en deux parties toujours

proportionnelles.

Si on souhaite une division en parties ingales il suffit de modifier les

caractristiques de l'un des deux diaphragmes.

Principe

Ralisation

4J Diviseur de dbit

113 / 179


La Technologie 4K Le Distributeur

Il en existe 2 principaux :

A tiroir A clapet

Sils sont utiliss en basse pression le corps sera en fonte sinon on aura un corps en acier mi-dur.

Le systme mobile sera lui toujours en acier trait rectifi.

A clapet A tiroir

114 / 179



Les principales commandes sont :

Mcanique, Manuelle, Hydraulique, la pression de pilotage est de lordre de 10 bars, lectrique.

Dans le cas de dbit trs important (suprieur 30 l/min) les efforts sont trop

important pour une commande directe (manuelle ou lectrique).

On utilisera alors un distributeur de commande en 1/4" donc sur ce principe :

Distributeur pilote

commande lectrique

Distributeur de

puissance commande

hydraulique

Reprsentation

simplifie

115 / 179


La Technologie

Les distributeurs sont monts sur des embases. Il existe plusieurs

principes :

Empilage

Embase aucun Vertical Horizontal

Individuelle

Systme

simple

un

rcepteur

Tous les

composants

servant la

rgulation du

rcepteur sont

monts la suite

Multiple

Type bloc foret

Tous les

composants

servant la

rgulation des

rcepteurs sont

monts la suite

Tous les distributeurs

reoivent la mme

nergie partir

dun mme bloc.

4K Le Distributeur

116 / 179


La Technologie

Pour le raccordement hydraulique il existe, pour les plans de pose, des

normes :

DIN 24-340 ; ISO 4401 ;

CETOP R35 H ; NF E48-422.

Diamtre interne des

canalisations (mm) Rfrence

Raccord filetage gaz

A ; B ; P ; T

Dbit maxi

(l/min)

5 NG4 15

7.5 NG6 ou CETOP 3 ou 3/8 ou 25

9.2 NG8 ou CETOP 4 ou 3/8 35

10.5 NG10 ou CETOP 5 3/8 ou 50

14.5 CETOP 6 ou 100

19 NG16 ou CETOP 7 ou 1 150

24.5 NG25 ou CETOP 8 1 ou 1 200

38 NG32 1 ou 1 300

4K Le Distributeur

117 / 179



Dans le cas des commandes lectriques on doit raliser le raccordement

avec des connecteurs respectant les normes NF E48-411 ; DIN 43650 et

ISO 4400.

On utilise soit le courant alternatif soit le courant continu.

En courant continu,

le temps de commutation est 30 60 ms, il faut donc en tenir compte. Par

contre le solnode est trs fiable et particulirement souple. On lutilisera pour des systmes en ambiance difficile et pour des commutations leves.

En courant alternatif,

le temps de commutation est lui trs souvent 3 fois plus court. Par contre si

le solnode est bloqu en position intermdiaire il grille trs rapidement.

Les solnodes peuvent tre soit sec (pour les ambiances non humides) soit

bain dhuile ; dans ce cas sassurer que le remplacement de la bobine est prvu facilement sans perte dhuile et que le pourcentage deau dans lhuile soit minimal.

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La Technologie

Il est utilis pour les faibles et moyennes pressions. Les jeux internes

provoquent des fuites, il est donc dconseill de les utiliser dans les

systmes asservis.

A tiroir

4K Le Distributeur

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La Technologie

A tiroir

4K Le Distributeur

A noter :

Les jeux internes entre le piston et la chambre sont de lordre de 15 mm. Il convient donc lors du montage sur une semelle dutiliser une clef dynamomtrique et de suivre une logique de serrage (celles des culasses)

pour ne pas dformer les lments.

A noter :

Lors du changement dtat il peut y avoir deux solutions constructives. On parle de recouvrement de transfert. Il est soit ngatif soit positif.

Recouvrement ngatif (underlap) : Pendant un court instant les orifices communiquent il en rsulte une absence de choc lors de linversion mais le rcepteur peut se dplacer ou laccumulateur se vider partiellement. Recouvrement positif (overlap) : Les diffrents orifices ne sont jamais en communication mais des pointes de pressions risquent de perturber le

systme en gnrant du broutement au dmarrage.

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A clapet

Le sige de ltanchit est soit ralis par un sige, un clapet ou une bille.

Ltanchit est parfaitement assure. On peut donc les utiliser pour de fortes pressions. Le schma du distributeur clapet est identique sur le fond

mais la symbolique des obturateurs de voies est remplace par le schma

dun CAR :

Distributeur tiroir Distributeur clapet

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A clapet

On utilise ces distributeurs pour des systmes en 3/2 et pour de faibles

pressions car sinon les efforts de commutation sont trop importants.

Dans le cas de fortes pressions on utilise le principe des distributeurs de

pilotage.

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A clapet 1 : valve pilote 2 : tiroir de distribution

3 : lment de fermeture (bille)

4 : chambre de pilotage

5 : douille qui permet un recouvrement

positif

Bobine non excite, la chambre de

pilotage est la pression P et comme la

surface est plus grande Bobine excite, la chambre de pilotage va

vers T et le tiroir, la bille et la douille se

dplace pour laisser passer le fluide vers A

sans passage par T.

A noter : Lutilisation des distributeurs clapet est viter si le circuit gnre des

coups de blier.

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Synthse

A noter : Prfrer toujours un distributeur 4/3 avec centre ouvert pour

limiter le couple au dmarrage et ainsi limiter la casse de laccouplement moteur lectrique / pompe. On peut utiliser un distributeur 2 positions si

un seul actionneur est prvu dans le systme.

La position centrale permet le plus souvent de bloquer (prfrer un CAR

pilot ou non) ou dlester les actionneurs et surtout de permettre la

pompe de dbiter vers le rservoir sans difficult (pas de passage par le

LdP principal).

A retenir :

On peut approximer les pertes de charges dans les distributeurs 2 bars

quelques soit leur taille, et ce dans une premire tude. Il convient dans

ltude terminale de suivre les donnes constructeurs.

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Synthse

Les normes utilises sont :

ISO, (International Organisation for Standardisation) CNOMO, CETOP, (Comit Europen des Transmissions Olohydrauliques et Pneumatiques.)

JIC, (Joint Industry Conference) DIN

Mme si elles sont diffrentes, elles permettent lassociation des lments entre eux.

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La Technologie 4L La Pompe

Il existe deux types de pompes :

Les non volumtriques qui possdent un dbit lev mais irrgulier,

Les volumtriques qui sont gnratrices dun dbit. Celui-ci peut tre fixe ou variable.

Nous ntudierons ici que les pompes volumtriques qui sont utilises en hydraulique industrielle.

Cest la pompe standard, elle a une cylindre fixe et fonctionne entre 10 et 170 bars. Il en existe deux types, dentures extrieures et dentures intrieures.

Pompe engrenages

Pompe engrenages extrieurs ou intrieurs Pompe palettes Pompe pistons axiaux, radiaux ou en lignes

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Pompe engrenages dentures extrieures : description

Elles sont bruyantes donc utilises dans le monde agricole, industriel lourd,. Elles peuvent fonctionner jusqu 170 b. Elles ont un rendement denviron 0,8. Lun des engrenages est moteur tandis que lautre est men. Pour diminuer le bruit on peut augmenter le nombre de dents. Elles ne ncessitent pas de haute

filtration.

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Pompe engrenages dentures extrieures : calculs

Calcul du dbit moyen :

En premire approximation en assimilant une dent un rectangle de volume

on peut prendre avec

Un calcul plus prcis peut tre donn par :

avec

Coefficient dirrgularit sur le dbit :

qui vaut donc

bhpas

2

zmbqv 2w qv :Dbit moyen thorique (m

3/s)

b : largeur de denture (m)

w : vitesse angulaire du moteur dentranement (rad/s)

m : module de la denture (m)

z : nombre de dents dun pignon

zzzmbqv

12

cos11

22 aw

a : angle de pression de la denture

moyen

i

ins

Maxi

insi

q

qqC

min

tantantantan.100

zCi

a2cos

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Pompe engrenages dentures extrieures : ralisations

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Pompe engrenages dentures extrieures : ralisations

Remarques constructives :

Les coussinets sont en matriau composite

et fretts dans les paliers mobiles. Sous

laction des efforts du la pression dans la zone de refoulement, ils se dforment

radialement favorisant ltanchit radiale dans la zone daspiration. Le joint spcial permet dassurer par sa forme spcifique une pression axiale sur

les paliers et ainsi assurer une meilleure

tanchit et donc limiter les fuites et donc

amliorer le rendement volumtrique.

130 / 179



Pompe engrenages dentures intrieures

Elles sont compactes et silencieuses, car leur dbit est beaucoup plus rgulier,

donc utilises pour les MO ou affaires spciales. Leur limite dutilisation est autour de 250 b. Elles ont un rendement denviron 0,9.

Il en existe deux types, avec ou sans croissant.

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Pompe engrenages dentures intrieures : avec croissant

Le croissant est li la forme des dents en dveloppante

de cercle. Sans croissant il y aurait communication entre

refoulement et aspiration.

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Le calcul du dbit est identique au cas des pompes engrenages extrieurs

et le nombre de dents est celui du pignon dentures extrieures.


zzzmbqv

12

cos11

22 aw

a2

int

cos11

2

1

zz

Cext

i

qv :Dbit moyen thorique (m3/s)

b : largeur de denture (m)


m : module de la denture (m)

z : nombre de dents dun pignon

a : angle de pression de la

denture

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Ralisation :


Le nombre de pices rduit et labsence dtanchit complexe en font une pompe dun prix attractif (par rapport aux pompes palettes) pour un rendement aussi bon.

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Hydraulique


Pompe engrenages dentures intrieures : sans croissant

Les dents ont des profils circulaires.

Thierry Boulay 135 / 179

daspiration et de refoulement sont donc symtriques par rapport laxe horizontal x. Quand une dent du pignon 1 fait un tour elle

chasse z+1 volumes cellulaires.

avec


Hydraulique



Thierry Boulay

Les deux lumires en forme dharicot (aspiration et refoulement) sont ralises dans le stator. Le pignon dentures intrieures en liaison pivot avec le carter

une dent de plus que le pignon dentures extrieures entran par le moteur.


Les volumes cellulaires a, b et c sont en phase daugmentation tandis que les volumes d, e et f sont en phase de rduction donc au refoulement ; les fonctions

cmcMv VVzz

q

12

w

a2cos1

11

2

1

extext

izz

C



z : nombre de dents dun pignon 1

a : angle de pression de la denture

Vcm : volume cellulaire mini

VcM : volume cellulaire maxi

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Hydraulique



Thierry Boulay

Ralisation :


Les zones daspiration et de refoulement ne sont pas

ralises sur le cot comme

dans ltude thorique mais radialement. Cela est rendu

possible grce aux videments

E ralis dans la couronne.

Des coussinets 2 sont placs

aux extrmits des dents de la

couronne pour assurer une

meilleure tanchit. La vitesse

de glissement cet endroit est

faible donc lusure est limite.

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Hydraulique


Pompe palettes

Elle est aussi standard, fonctionne sur la mme plage de pression que les pompes

engrenages. Elles sont en revanche trs silencieuses. Pour accepter les 200 b

elles doivent tre quilibres, en effet le dsquilibre pression daspiration dun cot et pression de refoulement de lautre cot cre des efforts sur les paliers, en revanche si on arrive doubler le refoulement et laspiration de faon symtrique les efforts squilibrent. Elles ont un rendement denviron 0,9. Lunit dentranement est accouple au rotor. Celui est constitu de palettes libres radialement. Par la force centrifuge elles viennent frotter sur la surface interne du

stator et dans la partie dagrandissement des volumes, aspirer le fluide et dans la partie de rtrcissement des volumes, refouler le fluide sous pression.

Il en existe deux types :

A stator cylindrique, rarement quilibre A stator en forme de came, trs souvent quilibre.

Elles sont aussi bien cylindre fixe qu cylindre variable. La variabilit consiste juste faire varier lexcentricit entre le stator et le rotor.


Hydraulique


Pompe palettes : stator cylindrique

Thierry Boulay


n

iNRenqv

sin

60

4


i : profondeur des palettes (m)

N : vitesse du moteur dentranement (tr/min)

e : distance dexcentration (m)

R : rayon du stator (m)

n : nombre de palettes

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Hydraulique


Thierry Boulay

Pompe palettes : stator cylindrique

Ralisation :

Remarques

constructives :

Cette pompe est

galement dite

annulation de dbit, en

effet sous une

pression de

refoulement

importante le ressort

de compression flchit

et annule

lexcentration.

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Hydraulique


Pompe palettes : stator en forme de came

Thierry Boulay


22 '60

2RR

iNqv


i : profondeur des palettes (m)

N : vitesse du moteur dentranement (tr/min)

R : rayon stator dans la zone CD (m)

R : rayon stator dans la zone AB (m)

141 / 179

Hydraulique


Pompe palettes : stator en forme de came

Thierry Boulay

Ralisation :

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Hydraulique


Pompe pistons axiaux

Thierry Boulay

Le principe est celui de la pompe vlo mais pour amliorer le dbit il y a

plusieurs pistons sur la couronne circulaire. On obtient un coefficient dirrgularit en mettant un nombre impair de pistons.

On les utilise pour des pressions de 250 350 bars. Elles sont relativement

bruyantes. Elles ont un rendement denviron 0,9. En fonction de la technologie utilise elles sont cylindre fixe ou variable. On peut en dfinir 4 configurations :

Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe dentranement bris, cylindre fixe,

Plateau tournant, bloc cylindre fixe, axe dentranement align, cylindre fixe,

Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe dentranement align, cylindre variable,

Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindre tournant, axe dentranement align, cylindre variable,

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Hydraulique



Thierry Boulay


144 / 179

Hydraulique



Thierry Boulay

Calcul du dbit moyen : Chaque piston passe du PMB au PMH

1

0

2

tantan

2sin

2sin

42

1 ni

i

insn

in

itgRd

q

q

qaw

qinstantan : Dbit instantan thorique (m3/s)

d : diamtre 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 n1

n : nombre de pistons

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Hydraulique



Thierry Boulay


On obtient pour un cylindre unique, pour une rotation complte, et pour 5 pistons :

146 / 179

Hydraulique



Thierry Boulay


En sommant pour chaque position on obtient le dbit instantan :

147 / 179

Hydraulique



Thierry Boulay


aw tgRdnqv

4

2

148 / 179

Hydraulique



Thierry Boulay


aw tgRdnqv

4

2


nn

nCi

2sin2

)2

cos1

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Hydraulique


Pompe pistons axiaux : Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe

dentranement bris, cylindre fixe,

Thierry Boulay

La glace de distribution fixe possde deux lumires oblongues (en forme de haricot)

Schma de principe :

150 / 179

Hydraulique



dentranement bris, cylindre fixe,

Thierry Boulay

Exemple de ralisation :

Remarque constructive :

Ce systme peut aussi

fonctionner en moteur.

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Hydraulique


Pompe pistons axiaux : Plateau tournant, bloc cylindre fixe,

axe dentranement align, cylindre fixe,

Thierry Boulay

Schma de principe : Une partie de la distribution

(aspiration) seffectue entre le support tournant et le plateau

fixe en rotation. Pour assurer

cette liaison et ltanchit, on place des ressorts de

compression dans les

cylindres. Une lumire

oblongue est ralise sur le

support et le passage du

fluide axialement est assur

par un perage des pistons.

Le refoulement est ralis par

les clapets en bout de

chambres des pistons. 152 / 179

Hydraulique


Pompe pistons axiaux : Plateau tournant, bloc cylindre fixe,

axe dentranement align, cylindre fixe,

Thierry Boulay



Pompe utilise dans le monde

automobile. Les trous radiaux

permettent ladmission du fluide et lobturateur 3 empche le retour en arrire du fluide. La

pression peut atteindre 150 bars

pour une frquence de rotation

de 3000 tr/min.

153 / 179

Hydraulique



dentranement align, cylindre variable,

Schma de principe :

Les blocs cylindres sont

entrans en rotation par

larbre dentranement moteur. Le support est non

tournant mais inclinable,

on peut passe donc dun sens de flux lautre par une annulation de celui-ci.

La distribution aspiration,

refoulement est assur

comme dans la premire

configuration.


Hydraulique



dentranement align, cylindre variable,

Thierry Boulay



La variation de cylindre

est ralise par la

translation de laxe 5 suivant z. La came axiale

au niveau de F sur le

plateau gnre alors une

rotation daxe z. A lextrmit droite une petite pompe de gavage

est directement

connecte larbre dentranement.

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Hydraulique


Pompe pistons axiaux : Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindre

tournant, axe dentranement align, cylindre variable, Schma de principe :

Thierry Boulay

Les blocs cylindres sont entrans par larbre dentranement. Le support est fixe mais inclinable par lintermdiaire du vrin. La liaison patin glace est assure par les ressorts de compression placs dans les cylindres. Laspiration est assure dans la glace par une lumire oblongue et un perage des patins tandis que le refoulement et non

retour est assur par les clapets.

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Hydraulique


Pompe pistons axiaux : Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindre

tournant, axe dentranement align, cylindre variable,

Thierry Boulay



Pour les faibles dbits, le fluide ne

se rgnre pas chaque

oscillation il en rsulte des

contractions rptes et donc une

lvation de la temprature, pour y

remdier lorifice P permet le renouvellement du fluide vers la

zone basse pression.

Laxe de rotation C du plateau 4 nest pas plac sur laxe dentranement. Cela est du la volont dassurer une liaison relle entre 4 et 5 et entre 4 et le

rgulateur de puissance.

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Hydraulique


Pompe pistons radiaux

Thierry Boulay

On les utilise pour des pressions suprieures 350 bars.

Elles sont trs silencieuses.

Elles sont utilises dans les cas de forts dbits.

Elles ont un rendement denviron 0,9.

Il en existe trois types :

A systme bielle manivelle,

A excentrique,

A blocs cylindres excentrs.

Dans les deux premiers systmes on a des cylindres constantes. Dans le

dernier cas lexcentration peut tre modifie on aura alors une pompe cylindre variable.

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Hydraulique



Thierry Boulay


1

0

2

tantan

2sin

2sin

42

1 ni

i

insn

in

iRd

q

q

qw



R : rayon de la manivelle ou distance de lexcentration (m)



n : nombre de pistons (valeur impaire)

Cette formule est applicable aux 3 types de pompes radiales si :

R

Hydraulique



Thierry Boulay




R : rayon de la manivelle ou distance de lexcentration (m)



n : nombre de pistons (valeur impaire)

Le dbit moyen est identique celui des pompes pistons axiaux ainsi que le

coefficient dirrgularit sur le dbit, tga valant 1.

aw tgRdnqv

4

2

nn

nCi

2sin2

)2

cos1

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Hydraulique


Pompe pistons radiaux : A systme bielle manivelle

Thierry Boulay

Schma de principe :

Le principe est simple et celui

du moteur

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diapohydrau