Cylindres hydrauliques : Un guide complet

L'huile hydraulique, lorsqu'elle est comprimée dans un cylindre hydraulique, génère une pression importante. Cette pression est utilisée dans de nombreux dispositifs mécaniques. Aujourd'hui, nous allons discuter des spécificités des cylindres hydrauliques.

Un vérin hydraulique est un actionneur hydraulique qui transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique, en effectuant des mouvements de va-et-vient linéaires (ou des mouvements oscillants). Sa structure est simple et son fonctionnement est fiable.

Lorsqu'il est utilisé pour effectuer des mouvements alternatifs, il peut éliminer le besoin de dispositifs de décélération, et il n'y a pas d'écart de transmission, ce qui garantit un mouvement en douceur. C'est pourquoi il est largement utilisé dans divers systèmes hydrauliques de machines.

La force de sortie d'un vérin hydraulique est directement proportionnelle à la surface effective du piston et à la différence de pression de part et d'autre de celui-ci. Un vérin hydraulique se compose essentiellement d'un cylindre et d'une culasse, d'un piston et d'une tige de piston, d'un dispositif d'étanchéité, d'un dispositif tampon et d'un dispositif d'échappement.

Les dispositifs de mise en mémoire tampon et d'évacuation dépendent de l'application spécifique, tandis que les autres dispositifs sont indispensables.

I. Composition du cylindre hydraulique

Un vérin hydraulique se compose généralement d'un bouchon arrière, d'un cylindre, d'une tige de piston, d'un assemblage de pistons, d'un bouchon avant et d'autres composants principaux.

Pour éviter les fuites d'huile du cylindre hydraulique ou les fuites de la chambre haute pression vers la chambre basse pression, des dispositifs d'étanchéité sont installés entre le cylindre et le bouchon d'extrémité, le piston et la tige de piston, le piston et le cylindre, et la tige de piston et le bouchon d'extrémité avant.

Un dispositif de protection contre la poussière est également installé sur le côté extérieur de l'embout avant. Pour éviter que le piston ne heurte le bouchon du cylindre lorsqu'il revient rapidement en fin de course, un dispositif d'amortissement est installé à l'extrémité du cylindre hydraulique et, parfois, un dispositif d'échappement est également nécessaire.

1- Tonneau du cylindre ;
2- Douille de guidage du cylindre extérieur ;
3. Tuyau de dérivation ;
4- Assemblage du cylindre de la tige ;
5- Piston ;
6- Corps de guidage du cylindre intérieur ;
7- Tige de piston.

Cylindre :

Le cylindre est la partie principale du vérin hydraulique. Il forme une chambre fermée avec le chapeau du cylindre et d'autres pièces pour entraîner le mouvement du piston.

Capuchon de cylindre :

Le bouchon du cylindre est installé aux deux extrémités du cylindre hydraulique, formant une chambre d'huile étanche avec le cylindre. Les méthodes de raccordement comprennent généralement le soudage, le filetage, les boulons, les clés et les tirants. Le choix dépend de facteurs tels que la pression de travail, la méthode de raccordement du cylindre et l'environnement de travail.

Tige de piston :

La tige de piston est l'élément principal du vérin hydraulique qui transmet la force. Le matériau utilisé est généralement de l'acier à moyenne teneur en carbone (tel que l'acier à haute teneur en carbone). 45# acier). La tige de piston est soumise à une poussée, une tension ou un moment de flexion pendant le fonctionnement du vérin. Il est nécessaire d'assurer sa résistance et son ajustement au manchon de guidage, où elle glisse souvent, doit être approprié.

Piston :

Le piston est l'élément principal de la conversion de l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Sa surface de travail effective affecte directement la force et la vitesse de mouvement du cylindre hydraulique. Il existe plusieurs formes de connexion entre le piston et la tige du piston, y compris le type de jonc, le type de douille et le type d'écrou.

Guide Sleeve :

La douille de guidage guide et soutient la tige de piston. Elle nécessite une grande précision, une faible résistance au frottement, une bonne résistance à l'usure et la capacité de résister à la pression, à la force de flexion et aux vibrations d'impact de la tige de piston.

Il est équipé d'un dispositif d'étanchéité pour garantir l'étanchéité de la chambre de la tige, et d'un anneau anti-poussière à l'extérieur pour empêcher les impuretés, la poussière et l'humidité d'endommager le joint.

Dispositif tampon :

Lorsque le piston et la tige de piston se déplacent sous l'effet de la pression hydraulique, ils ont un élan important. Lorsqu'ils atteignent l'embout et la partie inférieure du cylindre, ils peuvent provoquer une collision mécanique, entraînant une pression d'impact et un bruit élevés. Le dispositif d'amortissement est utilisé pour éviter cette collision.

Son principe de fonctionnement consiste à convertir l'énergie cinétique de l'huile hydraulique dans la chambre basse pression du cylindre (tout ou partie) en énergie thermique par l'intermédiaire de l'étranglement. L'énergie thermique est ensuite évacuée du cylindre hydraulique par la circulation de l'huile.

Le dispositif de tamponnage est divisé en deux types : le dispositif de tamponnage à étranglement constant et le dispositif de tamponnage à étranglement variable.

II. Principes de la transmission hydraulique

La transmission hydraulique utilise l'huile comme fluide de travail, transmettant le mouvement par des changements de volume étanche et la puissance par la pression interne de l'huile.

Composant de puissance : Transforme l'énergie mécanique du moteur en énergie hydraulique (énergie de pression), par exemple la pompe hydraulique.

Composant d'actionnement : Convertit l'énergie hydraulique fournie par la pompe en énergie mécanique, entraînant le mécanisme de travail. Les exemples incluent les cylindres et les moteurs hydrauliques.

Composant de contrôle : Régule et contrôle la pression, le débit et la direction de l'huile. Les exemples incluent les vannes de contrôle de la pression, les vannes de contrôle du débit et les vannes de contrôle de la direction.

Composant auxiliaire : Relie les trois composants ci-dessus en un système, remplissant des fonctions telles que le stockage, la filtration, la mesure et l'étanchéité de l'huile. Les exemples incluent la tuyauterie et les connecteurs, les réservoirs d'huile, les filtres, les accumulateurs, les joints et les instruments de contrôle.

III. Classification des vérins hydrauliques en fonction de leur structure

Cylindre hydraulique à piston :

Un vérin hydraulique à tige de piston simple possède une tige de piston à une seule extrémité. Les orifices d'entrée et de sortie d'huile A et B peuvent tous deux transmettre de l'huile sous pression ou renvoyer de l'huile, ce qui permet un mouvement bidirectionnel, d'où le nom de vérin à double effet.

Cylindre hydraulique télescopique :

Comprend un piston à deux ou plusieurs étages. Dans un vérin hydraulique télescopique, la séquence d'extension du piston va du plus grand au plus petit, tandis que la séquence de rétraction sans charge va généralement du plus petit au plus grand.

Les vérins télescopiques peuvent atteindre des courses plus longues, mais leur longueur rétractée est plus courte, ce qui rend la structure compacte. Ce type de vérin hydraulique est couramment utilisé dans les machines de construction et les machines agricoles.

Cylindre hydraulique pivotant :

Composant d'exécution du couple de sortie et du mouvement alternatif, également connu sous le nom de moteur hydraulique à balancier. Il existe des variantes à une ou deux palettes. Le bloc stator est fixé sur le corps du cylindre, tandis que la palette et le rotor sont reliés. En fonction de la direction de l'arrivée d'huile, la palette entraîne le rotor dans un mouvement de va-et-vient.

IV. Principaux paramètres des vérins hydrauliques

Les principaux paramètres des vérins hydrauliques sont, entre autres, la pression, le débit, la spécification des dimensions, la course du piston, la vitesse de déplacement, la force de poussée et de traction, l'efficacité et la puissance du vérin hydraulique.

Pression :

La pression est l'intensité de la force exercée par l'huile sur une unité de surface. La formule de calcul est p=F/A, où F est la charge agissant sur le piston divisée par la surface de travail effective du piston. Sur la même surface de travail effective d'un piston, plus la charge est importante, plus la pression nécessaire pour vaincre la charge est élevée.

En fonction de la pression de travail, les vérins hydrauliques peuvent être classés en vérins basse pression (70kgf/cm² ou 7Mpa), moyenne pression (140kgf/cm² ou 14Mpa) ou haute pression (210kgf/cm² ou 21Mpa).

Débit :

Le débit est le volume d'huile traversant la section efficace du cylindre par unité de temps. La formule de calcul est Q=V/t=vA, où V est le volume d'huile consommé lors d'une course du piston du vérin hydraulique, t est le temps nécessaire pour une course du piston du vérin hydraulique, v est la vitesse de la tige du piston, et A est la surface de travail effective du piston.

Course du piston :

La course du piston désigne la distance parcourue par le piston dans son mouvement de va-et-vient entre deux extrêmes. En général, une fois que les exigences de stabilité du vérin sont satisfaites, une course standard proche de la course de travail réelle est sélectionnée.

Vitesse du piston :

La vitesse de déplacement est la distance à laquelle l'huile sous pression pousse le piston par unité de temps, représentée par v=Q/A.

Spécifications de la taille :

Les spécifications de taille comprennent principalement les diamètres intérieur et extérieur du cylindre, le diamètre du piston, le diamètre de la tige de piston et les dimensions de la culasse. Ces dimensions sont calculées, conçues et vérifiées en fonction de l'environnement de fonctionnement du vérin hydraulique, de la méthode d'installation, de la force de poussée et de traction requise et de la course.

V. Conception interne du vérin hydraulique

Objectif de la conception : Déterminées en fonction de la température de fonctionnement sur site, du milieu de travail et des conditions de fabrication de notre usine. Les dimensions de la structure interne sont calculées sur la base du Mechanical Design Handbook.

• Le choix des joints doit se faire en fonction de la température de fonctionnement du site, des conditions de pollution environnementale et du fluide utilisé. Les joints en polyuréthane ne peuvent pas être utilisés avec un fluide eau-éthylène glycol.
• La culasse hydraulique devrait idéalement utiliser un joint combiné de type V pour compenser les erreurs dans la régularité du traitement de la gorge.
• Les dimensions des rainures du joint doivent être strictement conformes au manuel de conception.
• En général, les joints de piston des cylindres hydrauliques utilisent des anneaux Glyd avec des bandes de guidage, car les anneaux Glyd ont une bonne résistance aux hautes températures et de bonnes propriétés anti-pollution.
• En règle générale, les joints de vérins pneumatiques utilisent la série japonaise NOK. Les joints de vérins hydrauliques nationaux ne doivent pas être utilisés car ils provoquent une trop grande résistance au démarrage du vérin, ce qui conduit à un fonctionnement instable, voire à une défaillance.
• Le joint torique entre la tête du cylindre hydraulique, le fond du cylindre et le corps du cylindre devrait idéalement être doté d'une bague de blocage pour compenser les erreurs de fabrication.
• La connexion entre le corps du cylindre, la culasse, le fond du cylindre et l'oscillation au milieu doit éviter le soudage, car il peut entraîner une déformation du corps du cylindre. Des raccords filetés ou d'autres méthodes peuvent être utilisés à la place.

VI. Problèmes courants des vérins hydrauliques et entretien

Fuite d'huile du vérin hydraulique :

Les fuites externes désignent les fuites d'huile provenant de diverses pièces non étanches vers l'atmosphère à l'extérieur du cylindre hydraulique. Les fuites externes les plus courantes proviennent des trois endroits suivants :

(1) Fuite d'huile au niveau du joint entre le manchon du cylindre hydraulique et le couvercle du cylindre (ou le manchon de guidage) (Solution : Remplacer par un nouveau joint torique).

(2) Fuite d'huile due au mouvement relatif entre la tige de piston et le manchon de guidage (Solution : Si la tige de piston est endommagée, nettoyez-la avec de l'essence, séchez-la, appliquez de l'adhésif métallique sur la zone endommagée, puis déplacez le joint d'huile de la tige de piston d'avant en arrière sur la tige de piston pour gratter l'excès d'adhésif.

Une fois que l'adhésif a complètement durci, il peut être remis en service. Si la douille de guidage est usée, une douille de guidage d'un diamètre légèrement inférieur peut être usinée pour la remplacer).

(3) Fuite d'huile due à une mauvaise étanchéité du joint du tuyau du vérin hydraulique (Solution : Outre le contrôle de l'étanchéité de la bague d'étanchéité, vérifier si le joint est correctement assemblé, s'il est bien vissé, si la surface de contact présente des rayures, etc. Si nécessaire, remplacer ou réparer).

Les fuites internes du vérin hydraulique correspondent à des fuites internes d'huile du vérin hydraulique, de la chambre haute pression vers la chambre basse pression, à travers différents interstices.

Les fuites internes sont plus difficiles à détecter et ne peuvent être évaluées qu'en fonction des conditions de fonctionnement du système, telles qu'une poussée insuffisante, une baisse de vitesse, un fonctionnement instable ou une augmentation de la température de l'huile. Les fuites internes des vérins hydrauliques se produisent généralement aux deux endroits suivants :

(1) La partie du joint statique entre la tige du piston et le piston (solution : installer un joint torique sur la surface d'étanchéité entre les deux).

(2) Le joint dynamique partie située entre la paroi intérieure de la chemise du cylindre et le piston (Solution : Lorsqu'une fuite interne est détectée, il convient de procéder à une inspection rigoureuse de chaque pièce correspondante. La réparation de la chemise de cylindre implique souvent le perçage du trou intérieur, suivi du montage d'un piston de plus grand diamètre).