Actionneurs hydrauliques (2) - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Actionneurs hydrauliques (2)

1. Choisir un vérin hydraulique

Afin de choisir adéquatement un actionneur linéaire, on doit se poser les questions suivantes :

Premièrement :

Quelles seront les forces développées par l'actionneur ?

Pour déterminer cette force, il faut évaluer le diamètre du piston, celui de la tige et la résistance de la tige au flambage (fléchissement longitudinal). La figure suivante donne deux situations de flambage.

Situations de flambage :

Deuxièmement :

On doit se demander :

- Si la charge est uniforme. Le poids déplacé par le vérin peut-il changer pendant l'exécution ou la charge est-elle guidée ?

- Si les axes des attaches des actionneurs sont fixes ou mobiles.

Pour bien comprendre les différentes situations de guidage, la figure suivante (a et b) présente deux cas de non-guidage de la charge.

En c, d, e et f, par contre, on retrouve un guidage complet ou partiel de la charge.

Axes fixes et axes mobiles :

Source : Fluid Power.

Il faut aussi connaître quelle sera l'utilisation en pourcentage de temps. On fait ce calcul en prenant le nombre de minutes d'utilisation par dix minutes. Ainsi, dans le cas d'un actionneur utilisé 6 minutes sur 10, on obtiendra :

.

Cet actionneur est donc utilisé pendant 60 % du temps.

Troisièmement :

Il faut se demander quel sera l'espace disponible pour l'encombrement du vérin.

L'encombrement du vérin correspond à la boîte imaginaire dans laquelle le vérin peut être placé. On représente les trois dimensions de la boîte par les lettres x, y et z (figure suivante).

Encombrement du vérin :

Sachez aussi que, dans certains cas, on doit utiliser des amortisseurs de fin de course.

Ainsi, lorsqu'un vérin exécute une sortie à la fin de sa course le piston vient s'appuyer sur le couvercle du côté tige. Selon la vitesse de déplacement du piston, cela peut occasionner des chocs plus ou moins violents et destructeurs pour la mécanique de l'actionneur (figure suivante).

Choc de fin de course du côté tige :

Le même phénomène de choc se produit lors de la rétraction (rentrée) du vérin. Voici le fonctionnement de fin de course du côté borgne, c'est-à-dire le côté où il n'y a pas de vérin (figure suivante).

Choc de fin de course du côté borgne :

Si la fin de course d'un vérin cause un choc excessif, il faut alors sélectionner un vérin qui possède un ou deux amortisseurs de fin de course.

La figure suivante permet de comprendre ce principe. Lorsque le piston B exécute une rentrée comme indiquée sur l'illustration, la partie conique A bloque graduellement l'orifice principal R.

Le fluide étant obligé de circuler par l'orifice X et par la restriction variable Y, le piston B voit sa vitesse dépendante de la restriction.

Amortisseur de fin de course :

Actionneur rotatif

L'actionneur rotatif ou moteur hydraulique a la même fonction que l'actionneur linéaire.

Il transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique et est dépendant de la pression du circuit et du débit qui y circule.

L'actionneur rotatif transforme son énergie hydraulique en couple (force de rotation) ou en travail exprimé en N  m (c'est-à-dire joules J) ou plus fréquemment en da N  m.

On distingue deux catégories d'actionneurs rotatifs : les entraînements pivotants et les entraînements en rotation complète.

2. Entraînements pivotants

L'actionneur pivotant doit développer un couple de force afin d'exécuter le travail exigé par la machine (figure suivante).

Rappelez-vous que le couple égale le produit de la force développée par la longueur du levier. Couple = N  m = N · m.

Couple de force :

Source : CEMEQ.

L'entraînement pivotant effectue, sous l'effet d'une pression hydraulique, un mouvement de rotation qui, en angle au centre, peut atteindre 280°.

Le degré de déplacement est délimité par des butées mécaniques qui peuvent être ajustables et qui en précisent l'ampleur. Voici le symbole général d'un actionneur pivotant (figure suivante).

Symbole de l'actionneur pivotant :

Il existe plusieurs modèles d'entraînements pivotants. Vous trouverez ci-dessous les plus utilisés dans l'industrie hydraulique (figures suivantes).

Entraînement pivotant à palettes :

Entraînement à pistons parallèles :

Notez ici que lorsque P et R sont inversés, le pivot A tourne dans l'autre sens.

Entraînement à piston baladeur et crémaillère :

Ici, l'inversion de P et R fera déplacer le piston de la gauche vers la droite et changer le sens de la rotation.

Pour bien sélectionner un entraînement pivotant, on doit se poser les questions suivantes :

- Quel sera le couple en da N  m ou en N · m exigé par le montage ?

Quelle sera la vitesse d'exécution du pivot ?

De combien de degrés de pivot aura-t-on besoin ?

Quel est l'espace disponible sur la machine ?

3. Entraînements en rotation complète

Les entraînements en rotation complète, qu'on appelle communément "moteurs hydrauliques", sont des actionneurs rotatifs. Ils transforment l'énergie hydraulique en énergie mécanique par un mouvement de rotation continue.

Les différents modèles de moteurs hydrauliques et leur fonctionnement seront vus dans "pompes et moteurs hydrauliques", vous ne retrouverez ici qu'une liste des symboles graphiques les représentant (figure suivante).

Symboles des moteurs hydrauliques :

Source : CEMEQ.

En résumé sur les actionneurs hydrauliques :

A la suite de cette étude, vous devriez être en mesure de retenir plus particulièrement les points suivants :

L'actionneur hydraulique transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Les deux principes de transformation sont l'utilisation du mouvement linéaire et du mouvement rotatif.

- Les actionneurs linéaires à simple effet possèdent une section effective ; donc l'application de la force ne se fait que dans un seul sens. En revanche, les actionneurs linéaires à double effet ont deux sections effectives ; c'est pourquoi l'application de la force se fait dans les deux sens.

- On sélectionne les actionneurs en tenant compte de la force développée par l'actionneur, de son mode d'application et de son encombrement.

Les chocs de fin de course des actionneurs linéaires exigent l'installation d'amortisseurs de fin de course.

- Les actionneurs rotatifs se divisent en deux catégories :

  • les entraînements pivotants ;
  • les moteurs hydrauliques.

- Les critères de sélection d'un entraînement pivotant sont le couple exigé, la vitesse d'exécution, l'angle d'ouverture du pivot et l'encombrement.

Vous venez de passer en revue les modèles les plus courants d'actionneurs hydrauliques, soit les actionneurs linéaires et les actionneurs rotatifs.

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