ARTS et METIERS Paris Tech CER Aix en Provence TRANSMISSION DE PUISSANCE HYDRAU

ARTS et METIERS Paris Tech CER Aix en Provence TRANSMISSION DE PUISSANCE HYDRAULIQUE V 2010 Alain LAGIER ENSAM Aix en Provence - Alain LAGIER – Transmission de Puissance Hydraulique – 12/2005 2 1 Introduction : Exemples d'utilisations de Transmission de Puissance Hydraulique ................................................................4 1.1 Automobile ........................................................................................................................................................................4 1.2 Avionique ..........................................................................................................................................................................4 1.3 Engins de Travaux publics ................................................................................................................................................4 1.4 Jardinerie ..........................................................................................................................................................................4 1.5 Presses, machines-outils ..................................................................................................................................................4 1.6 Robotique .........................................................................................................................................................................5 1.7 Tracteurs et machines agricoles .......................................................................................................................................5 2 Bibliographie utile .....................................................................................................................................................................6 3 Quelques éléments d’histoire ...................................................................................................................................................7 3.1 L'école d'Alexandrie ..........................................................................................................................................................7 3.2 Le Moyen Age ...................................................................................................................................................................7 3.3 La renaissance ..................................................................................................................................................................7 3.4 Les XVII° et XVIII° siècles ................................................................................................................................................8 3.5 Le XIX° siècle ...................................................................................................................................................................8 3.6 Le XXème siècle ...............................................................................................................................................................9 3.7 Aujourd’hui ........................................................................................................................................................................9 4 Pour ou contre la Transmission de Puissance Hydraulique ? ................................................................................................11 4.1 Encombrements, puissance massique ...........................................................................................................................11 4.2 Aspect énergétique, rendement ......................................................................................................................................11 4.3 Compressibilité et faible raideur ......................................................................................................................................12 5 Comment effectuer un positionnement avec des actionneurs oléo-hydrauliques ? ...............................................................12 5.1 Généralités ......................................................................................................................................................................12 5.2 Utilisation des vérins ......................................................................................................................................................13 5.3 Utilisation de moteurs rotatifs ..........................................................................................................................................22 6 Les circuits de bases de TPH .................................................................................................................................................30 6.1 Méthode de conception d’un circuit de base ...................................................................................................................30 6.2 Circuits classiques ..........................................................................................................................................................31 6.3 Schématisation ...............................................................................................................................................................33 7 Les composants des circuits de TPH .....................................................................................................................................34 7.1 Les fluides utilisés en TPH ..............................................................................................................................................34 7.2 Le réservoir .....................................................................................................................................................................42 7.3 Les canalisations ............................................................................................................................................................44 7.4 Les filtres .........................................................................................................................................................................48 7.5 Les pompes : générateurs de débits ou de pression ......................................................................................................48 7.6 Les limiteurs de pression et valves de contrôle de pression ...........................................................................................50 7.7 Les éléments de contrôle de débit ..................................................................................................................................54 7.8 De l’application d'efforts moteurs ou résistants ..............................................................................................................56 7.9 Les distributeurs ..............................................................................................................................................................56 7.10 Les accumulateurs ........................................................................................................................................................58 7.11 Les refroidisseurs et réchauffeurs ................................................................................................................................62 8 Introduction au positionnement asservi ..................................................................................................................................62 8.1 Vérin simple effet et cavitation ........................................................................................................................................62 8.2 Vérin double effet équipé de "freins" de débits ...............................................................................................................62 8.3 Vérin double effet alimenté par une pression constante .................................................................................................63 8.4 De la commande en boucle ouverte BO ou boucle fermée BF .......................................................................................63 9 Introduction aux Transmissions hydrostatiques de vehicules ................................................................................................68 9.1 Besoin : ..........................................................................................................................................................................68 9.2 Moyens : ........................................................................................................................................................................68 9.3 Etapes du dimensionnement ..........................................................................................................................................68 9.4 Distributeur proportionnel ................................................................................................................................................70 9.5 Servo commande ............................................................................................................................................................70 10 Raideurs et fréquence propre des actionneurs ....................................................................................................................70 10.2 Fuite dans un assemblage cylindre piston ....................................................................................................................71 10.3 Annexes ........................................................................................................................................................................72 10.4 Symbolisation associée au schémas de TPH ...............................................................................................................72 10.5 Bases de mécanique des fluides utiles en TPH ............................................................................................................77 10.6 Ecoulement avec frottement .........................................................................................................................................78 10.7 Calcul des pertes de charges .......................................................................................................................................81 10.8 Lexique Français – Anglais - Allemand ......................................................................................................................82 ARTS et METIERS Paris Tech - Aix en Provence - Alain LAGIER – Transmission de Puissance Hydraulique – 2009 3 1 INTRODUCTION : EXEMPLES D'UTILISATIONS DE TRANSMISSION DE PUISSANCE HYDRAULIQUE La transmission de Puissance Hydraulique est présente dans tous les domaines de l’industrie des plus rustiques aux plus « high tech », dans la production de masse comme dans la machine d’essai la plus sophistiquée. 1.1 Automobile Longtemps la direction assistée fut réservée aux véhicules lourds ou aux véhicules haut de gamme. Citroën en fut le précurseur avec la DS (1956). La direction assistée est aujourd'hui montée en série sur la plupart des véhicules de tourisme utilisant une pompe hydraulique entraînée par le moteur thermique ou, de plus en plus, par un moteur électrique 12VCC. 1.2 Avionique Servocommandes, servovalves, asservissements à grande bande passante, tel est le paysage qu’offre l’avionique de la TPH. C’est le domaine de la haute technologie, fait renforcé par la nécessité de concevoir des composants d’une grande légèreté. 1.3 Engins de Travaux publics Les commandes par vérins hydrauliques ont presque totalement supplanté les dispositifs à câbles et crémaillères qu'on trouvait sur ces machines jusqu'à la fin des années 50. L'hydraulique trouve son application aussi bien dans la mini pelle de 0,5 tonnes que dans l'excavatrice de 350 tonnes. Elles fonctionnent sur tous les chantiers, du Sahara à l'Alaska. Les pressions couramment atteintes vont de 250bar (25MPa) à 450 bar (45MPa). 1.4 Jardinerie Le domaine grand public du matériel de jardinerie est aussi investi par la TPH. On trouve ainsi des tondeuses à gazon à transmission hydrostatique. La hache est remplacée par la fendeuse de bûche hydraulique. 1.5 Presses, machines-outils La presse est celle d’un ajusteur monteur qui fournit un effort de quelques centaines de kN, mais c’est aussi la presse à forger ou à matricer de « 5000t ». Sur une telle machine, il n’y a pas moins de 12 pompes entraînées chacune par un moteur de 450kW qui débitent, en tout, 125l/s sous 400bar (40Mpa). Dans les machines-outils sont utilisées des actionneurs spéciaux comme les amplificateurs d'efforts ou de couple. Ils utilisent un moteur pas à pas ou CC qui commande, via un asservissement de position, un distributeur hydraulique ; celui-ci alimente un vérin ou un moteur hydraulique de grande puissance. Lorsqu’une grande précision est recherchée, la pression est limitée à 5 ou 10 MPa pour réduire l’effet de la compressibilité des fluides hydrauliques. 1.6 Robotique Les robots de manutention de charge supérieure à 25daN utilisent en général des actionneurs hydrauliques. Les moteurs hydrauliques sont attrayants par leur forte puissance massique ainsi que par la possibilité de les alimenter au travers de distributeurs proportionnels ou de servovalves pilotés électroniquement. 1.7 Tracteurs et machines agricoles Pendant longtemps le tracteur agricole ne fut pas plus efficace en labour qu'une paire de bœufs. Le relevage hydraulique, inventé en 1925 par Harry FERGUSON, va révolutionner l'attelage des machines agricoles. Par son système d'asservissement, il permet de contrôler la position des outils attelés mais aussi l'effort qu’ils appliquent sur le tracteur. L’utilisation de la transmission de puissance hydraulique permet de multiplier les actionneurs et de réaliser des machines de plus en plus performantes. Les pressions varient de 15 à 20MPa. ARTS et METIERS Paris Tech - Aix en Provence - Alain LAGIER – Transmission de Puissance Hydraulique – 2009 4 2 BIBLIOGRAPHIE UTILE La technologie de la TPH présente une grande diversité. L’aborder nécessite, de même, de savoir consulter un large éventail d’ouvrages. Il est donné ci-après une liste, non exhaustive, d'ouvrages de base en Français. Les Techniques de l'Ingénieur présentent aussi plusieurs chapitres sur le sujet. Il ne faut pas ignorer les ouvrages en Anglais ou en Allemand. Les revues qui traitent du sujet sont entre autres, Energie Fluide, Hydraulics and Pneumatics, et surtout, pour le haut niveau technologique de ses articles, Ölhydraulik und Pneumatik. La toile Internet est devenue une immense source de données. Il faut toujours vérifier la fiabilité et la crédibilité de ces sources qui ne sont pas validées par un comité de lecture ! TITRE AUTEUR EDITEUR 1 Hydraulique : Machines et Composants Georges FAYET EYROLLES 2 Oléo-Hydraulique Claude DUCOS LAVOISIER 3 Hydrostatique et Hydrodynamique Francis ESNAULT Patrick BENETEAU ELLIPSES Tome 1 et 2 4 Circuits Hydrauliques R. LABONVILLE Ecole Polytechnique. de Montréal 5 Manuel de l'Hydraulique M. BOUVERET SOPROGE 6 Hydraulique : de la théorie à la pratique BOSCH 7 Manuel d'Hydraulique VICKERS 8 Technologie de l'hydraulique des tracteurs agricoles Claude DECRIEM ETAI 9 Asservissement hydraulique et électro- hydraulique Marcel GUILLON DUNOD T1 et 2 10 Les servomécanismes hydrauliques J.Cl ; PRUVOST Techniques et documentation 11 Mécanismes hydrauliques et pneumatiques Jacques FAISANDIER DUNOD 12 Hydraulique et Informatique Promotion Presse Internationale 13 Aircraft Hydraulic Systems William A ; NEESE Krieger 14 Cellule et circuits associés J-C RIPOLL CEPADUES 15 Commande et automatismes hydrauliques Y. TCHOUPRAKOV Editions Moscou 16 Cours d’hydraulique B. NEKRASSOV Editions Moscou 17 Oil hydraulic Systems S. R. MAJUMBAR Mc Graw-Hill ARTS et METIERS Paris Tech - Aix en Provence - Alain LAGIER – Transmission de Puissance Hydraulique – 2009 5 3 QUELQUES ELEMENTS D’HISTOIRE L’étude de la mécanique des fluides préoccupe l’homme dès son installation en tant qu’agriculteur. La maîtrise de l’eau était et reste un savoir-faire incontournable, gage de réussite de l’irrigation des cultures. Plus en avant, l’étude des fluides sous pression permet d’imaginer les premières distributions d’eau sous canalisation et jette les bases de la transmission de puissance. Dans ce dernier cas le fluide peut être gazeux ou liquide. Si la sarbacane de chasse et la seringue de momification peuvent être les objets les plus ressemblant à nos vérins modernes, il ne faut pas oublier le soufflet de forge et le siphon de vidange des amphores. 3.1 L'école d'Alexandrie De 332 av. JC (création par Alexandre le Grand) à 47 av. JC (Destruction par Jules César), une brillante Ecole des Sciences se développa à Alexandrie (Egypte). ARCHIMEDE (287-212 av. JC) en fut un élève célèbre, il jeta les fondements de l'hydrostatique. Son maître, EUCLIDE avec ses Eléments de géométrie, a été le grand maître de la logique. Moins connus mais tout aussi remarquables, HERON et PHILON disciples de CTESIBIUS (à qui on attribue l'invention de la clepsydre), se passionnèrent pour la mécanique des fluides. Leur œuvre nous est parvenue sous forme d'écrits, mais il est presque certain, compte tenu de l’état de la technique d’alors, que tous ces mécanismes n’ont pas été réalisés à cette époque. Il est à remarquer que la mécanique* était alors chez les intellectuels une simple branche de la philosophie et que les applications décrites étaient des machines de théâtre, de divertissement ou de guerre. uploads/Industriel/ cours-tph-2010-pdf.pdf

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• Publié le Nov 06, 2021
• Catégorie Industry / Industr...
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