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1 Document mis à disposition par : http://www.ingenieurs.fr Attention Ce document est un travail d’étudiant, il n’a pas été relu et vérifié par ingenieurs.fr En conséquence croisez vos sources :) 2 SOMMAIRE Introduction ........................................................................................................ 3 I) Définition de l’actionneur hydraulique ............................................................... 4 II) Fonctionnement des actionneurs hydrauliques ................................................. 4 1) L’actionneur linéaire .................................................................................. 4 a) Le vérin à simple effet (VSE) ....................................................................... 5 b) Le vérin à double effet ............................................................................... 6 2) Les vérins particuliers ................................................................................. 7 a) Le vérin différentiel .................................................................................... 7 b) Le vérin à tige télescopique ........................................................................ 8 c) L’actionneur rotatif .................................................................................... 8 d) Amortissement en fin de course ................................................................. 9 3) Les différents vérins et leurs symbolisations.............................................. 11 4) Les caractéristiques des actionneurs hydrauliques ..................................... 12 III) Les moteurs hydrauliques......................................................................... 16 1) Les pompes et moteurs a pistons axiaux ................................................... 18 2) Les pompes et moteurs a pistons radiaux .................................................. 20 3) Les pompes et moteurs a engrenages ....................................................... 21 4) Les pompes et moteurs a palettes............................................................. 23 5) Les caractéristiques du moteur hydraulique .............................................. 25 IV) Les distributeurs hydrauliques .................................................................. 26 1) La réalisation mécanique d’un distributeur ............................................... 26 a) Le distributeur à clapet ............................................................................ 27 b) Le distributeur à tiroir .............................................................................. 27 2) Les distributeurs pilotes ........................................................................... 29 3) Les servo-valves ....................................................................................... 31 4) Les commandes des distributeurs ............................................................. 32 V) Avantages et inconvenients des systèmes hydrauliques ............................ 33 1) Les avantages des systèmes hydrauliques ................................................. 34 2) Les inconvenients des systèmes hydrauliques ........................................... 34 Cas pratique : Le vérin hydraulique ou « Cric » .................................................... 35 3 Conclusion......................................................................................................... 38 Bibliographie ..................................................................................................... 39 INTRODUCTION L’hydraulique est vue de par sa définition comme la science qui traite des problèmes posés par l’emploi des fluides en mouvement ou au repos. Jusqu'à la Révolution Industrielle, le bois et la force animale fournissaient l'essentiel de l'énergie utilisée par l'homme. Mais, utilisée depuis longtemps pour entraîner des machines, l'énergie hydraulique fournissait la plus grande partie de l'énergie mécanique. Aujourd'hui, l'énergie hydraulique représente 6 à 7 % de l'énergie consommée mondialement, mais près de 20 % de l'électricité. L’hydraulique industrielle, constitue de nos jours un domaine très vaste. Incontournable dans l’industrie, elle permet avec la pneumatique d’opérationnaliser les Systèmes Automatisés de Production (SAP) et ainsi accroître les productions industrielles tant en qualité qu’en quantité. Ainsi ses avantages ont permis d’avoir son domaine d’application très étendu (Aéronautique, Automobiles, Gros engins roulants, ...) L'hydraulique industrielle, voici un domaine de la technologie qui est très étendu qu'il ne donne l'impression. Rien qu'un seul composant peut faire l'objet d'un mémoire entier si l'on voulait tout détailler au sous composant près. Le bon fonctionnement d’un circuit hydraulique n’est pas le fruit du hasard. Si le circuit exécute bien le travail auquel il est destiné, c’est que l’étude des composantes du système et leur sélection ont été faites selon des critères très rigoureux. Ainsi, notre analyse portera sur l’organe de la partie opérative des systèmes hydrauliques à savoir l’actionneur hydraulique. 4 Dans notre exposé, nous allons parcourir les différents actionneurs hydrauliques en définissant leur rôle, leurs fonctions et leurs principales caractéristiques. I) DEFINITION DE L’ACTIONNEUR HYDRAULIQUE Dans un circuit, l’actionneur hydraulique constitue l’outil indispensable pour convertir l’énergie hydraulique en énergie mécanique grâce à un fluide sous pression. Cette conversion se fait: - par des mouvements rotatifs (moteurs); - par des mouvements de translation linéaire (vérins à simple ou à double effet). II) FONCTIONNEMENT DES ACTIONNEURS HYDRAULIQUES 1) L’ACTIONNEUR LINEAIRE L’actionneur linéaire hydraulique aussi appelé vérin hydraulique, est un consommateur hydraulique. Il appartient au groupe des cylindres. C'est l'élément de travail le plus important en hydraulique. Dans celui-ci, l'énergie provenant du liquide hydraulique, qui est fourni par un accumulateur hydraulique ou une pompe hydraulique, est convertie en une force à effet linéaire et facilement commandable. Il y a d'innombrables formes de vérins hydrauliques dont les diamètres de pistons et de tiges sont aujourd'hui normalisés. La force mécanique développée par les vérins est directement proportionnelle à la valeur de la pression et de la surface sur laquelle s'appuie cette section. Cette section est appelée section effective. On la définit comme section sur laquelle s'applique une pression dans le même sens que celui du déplacement du piston et perpendiculairement à la face de celui-ci. 5 On ne décrira ici que les vérins à tige simple, le raisonnement pour les vérins à double tige est analogue. Les actionneurs linéaires sont classés selon leur mode d'action :  vérins à simple effet;  vérins à double effet. a) LE VERIN A SIMPLE EFFET (VSE) Le vérin à simple effet ne peut appliquer la force que dans un sens et le retour se fait grâce à un ressort. 6 b) LE VERIN A DOUBLE EFFET Le vérin à double effet a deux aires effectives : une pour exécuter la sortie de la tige du vérin et l’autre pour exécuter sa rentrée. Ce principe apporte un élément nouveau dans les constituantes du vérin : Le piston. 7 2) LES VERINS PARTICULIERS a) LE VERIN DIFFERENTIEL Un vérin différentiel possède une tige seulement sur un côté de la surface du piston. Il possède ainsi 2 surfaces d'action de différentes grandeurs. D'une part la surface sur le côté du piston qui agit entièrement et d'autre part la surface du côté de la tige. Ici, seulement la surface de la couronne agit. Le rapport entre la surface du piston et de la couronne est appelé Phi. Ainsi le vérin différentiel sort et rentre, en cas normal avec 2 vitesses différentes. Ce montage consiste à mettre sous pression les deux chambres simultanément. La chambre côté tige rejettera donc son huile dans l'autre chambre, ce débit s'ajoutant à celui d'alimentation. La vitesse de la tige sera donc plus importante que dans le montage normal. 8 Il y a toute une gamme de vérins pour lesquels les sections de tige sont la moitié des sections de pistons (en surface), ce qui permet d'obtenir une vitesse de sortie de tige identique à celle de rentrée grâce à ce montage en différentiel. b) LE VERIN A TIGE TELESCOPIQUE Les vérins à tige télescopique sont composés de plusieurs cylindres montés les uns dans les autres. Est plus souvent construit à simple effet qu'à double effet. L'avantage des vérins à tige télescopique est qu'ils peuvent produire une course longue avec un encombrement relativement réduit. Lorsque la commande est actionnée, le piston le plus gros sort en premier. Lorsqu’il est arrivé en fin de course celui immédiatement plus petit sort le deuxième. Puis, c’est le tour du troisième et ainsi de suite. Quand on commande la rentrée, la petite section rentre en premier, puis la section immédiatement plus grande rentre à son tour et ainsi de suite. c) L’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 en travail exprimé en NM ou plus fréquemment en daNM. 9 d) AMORTISSEMENT EN FIN DE COURSE Les vérins avec amortissement servent à ralentir les vitesses en fin de course et empêchent le piston de cogner contre le fond du vérin. L’amortissement d’un vérin marchant à une vitesse v< 6m/min n’est pas nécessaire. A partir de 6m/min <v< 20m/min, il faut prévoir un amortissement par soupape d’étranglement ou soupape de freinage. A v>20m/min, des mesures d’amortissement ou de freinage particulières s’imposent. A la sortie du piston à sa position extrême avant, la section de passage disponible au fluide s’échappant de la chambre du piston est obturée par l’élément d’amortissement à partir d’un certain point jusqu’à fermeture complète de la section. Le fluide contenu dans la chambre du piston s’écoule alors par une soupape d’étranglement. Pour l’amortissement de fin de course il faut toujours un limiteur de pression. 10 11 3) LES DIFFERENTS VERINS ET LEURS SYMBOLISATIONS En fait nous ne citerons que quelques uns (les plus courants). Désignation Symbole Vérin simple effet (tige rentrée à l’état repos) Vérin simple effet (tige sortie à l’état repos) Vérin double effet non amorti Vérin double effet amortissement avant et arrière Vérin double effet amortissement avant et arrière réglable Vérin double effet à double tige Vérin télescopique double effet (c’est ce type de vérin qui est utilisé dans les camions bennes, les engins de travaux publics) Domaine d’application 12 Le domaine d’application des vérins est très vaste, des machines-outils aux engins des travaux publics, des presses hydrauliques aux monte-charges, de l’aéronautique à la construction navale, presque tous les systèmes nécessitant de gros efforts font intervenir les vérins par le système hydraulique 4) CARACTERISTIQUES DES ACTIONNEURS HYDRAULIQUES Le point de départ pour le choix d’un vérin est le travail qui lui est demandé :  la force F  la pression p du fluide qui dépend de l'effort à développer.  sa course qui dépend de la longueur du déplacement à assurer  son diamètre F= p.A Cette expression permet de définir le diamètre du piston. A cette occasion, il convient de considérer uploads/Finance/ hydraulique.pdf