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Dans un article précédent, nous avons discuté des systèmes de pompe hydraulique et de leur principe de fonctionnement global. Pour rappel rapide, un système hydraulique est une technologie d'entraînement qui transmet de l'énergie en utilisant un fluide comme milieu. Il convertit l'énergie mécanique d'un moteur électrique en énergie liquide, qui est ensuite transmise aux composants de travail par le biais du liquide. Les composants principaux d'un système hydraulique incluent les pompes hydrauliques, les composants de travail (moteurs hydrauliques), les vannes et les réservoirs d'huile.
Cet article portera sur les pompes hydrauliques et les moteurs hydrauliques, et expliquera comment ils fonctionnent ensemble dans un système hydraulique. Nous commencerons par la pompe hydraulique.
Classification des moteurs hydrauliques
Les moteurs hydrauliques sont généralement divisés en deux grandes catégories :
Moteurs hydrauliques à basse vitesse et haute puissance (LSHT)
Moteurs hydrauliques à haute vitesse et faible couple (HSLT)
Le choix d'un moteur hydraulique à basse vitesse permet au système de délivrer un couple plus élevé à des vitesses plus faibles. Au sein de ces deux catégories, ils peuvent être davantage classifiés selon leur structure en moteurs à engrenages, moteurs à palettes et moteurs à pistons. Les moteurs à pistons peuvent être subdivisés en moteurs à pistons axiaux et moteurs à pistons radiaux.
Classification des pompes hydrauliques
Les types courants de pompes hydrauliques incluent :
1. Par capacité de réglage du débit :
Pompes variables — Le débit de sortie peut être ajusté selon les besoins
Pompes à débit fixe — Le débit de sortie est constant
2. Par structure : pompes à engrenages, pompes à palettes, pompes à pistons
Pompes à engrenages : compactes, structure simple, faible exigence quant à la propreté de l'huile et coût bas ; toutefois, l'arbre de pompe subit des forces déséquilibrées importantes, entraînant une usure sévère et un volume de fuite élevé.
Pompes à palettes : peuvent être divisées en types à action simple et à action double. Elles offrent un débit uniforme, un fonctionnement fluide, un faible niveau de bruit, ainsi qu'une pression et un rendement volumétrique supérieurs à ceux des pompes à engrenages, mais leur structure est plus complexe que celle des pompes à engrenages.
Pompes à pistons : rendement volumétrique élevé, faibles fuites et capacité de fonctionnement sous haute pression, ce qui les rend adaptées aux systèmes hydrauliques de forte puissance. Toutefois, elles possèdent une structure complexe, des exigences élevées en matière de matériaux et de précision d'usinage, un coût élevé, ainsi que des exigences strictes concernant la propreté de l'huile.
Composition des pompes hydrauliques
Les pompes hydrauliques sont généralement composées de trois parties principales : les accouplements, les réservoirs d'huile hydraulique et les filtres.
Accouplements
L'arbre d'entraînement d'une pompe hydraulique ne peut pas supporter de forces radiales ou axiales, il n'est donc pas permis d'installer directement des poulies, engrenages ou roues à chaîne à l'extrémité de l'arbre. Généralement, l'arbre d'entraînement est relié à l'arbre de pompe par un accouplement.
Si, pour des raisons de fabrication, la coaxialité de la pompe et de l'accouplement dépasse la norme, et qu'il existe un écart lors du montage, à mesure que la vitesse de la pompe augmente, la force centrifuge augmentera, ce qui peut entraîner une déformation de l'accouplement. Cette déformation accroît davantage la force centrifuge, créant un cycle vicieux, conduisant finalement à des vibrations et du bruit, ce qui affecte la durée de vie de la pompe. En outre, des facteurs tels que des broches d'accouplement desserrées ou des anneaux en caoutchouc usés non remplacés à temps peuvent également affecter le fonctionnement de la pompe.
Réservoir d'huile hydraulique
Les fonctions principales du réservoir d'huile hydraulique dans un système hydraulique sont : stocker l'huile, dissiper la chaleur, séparer l'air contenu dans l'huile et éliminer l'écume.
Lors du choix d'un réservoir d'huile, la première considération est sa capacité : pour les équipements mobiles, elle est généralement de 2 à 3 fois le débit maximal de la pompe, et pour les équipements fixes, de 3 à 4 fois. Ensuite, il faut tenir compte du niveau d'huile dans le réservoir : lorsque tous les vérins hydrauliques du système sont complètement étendus, le niveau d'huile dans le réservoir ne doit pas être inférieur au niveau minimum ; lorsque les vérins se rétractent, le niveau ne doit pas dépasser le niveau maximum. Enfin, il convient d'examiner la structure du réservoir : les cloisons des réservoirs traditionnels ne permettent pas une décantation efficace des impuretés, aussi doit-on installer une cloison verticale le long de l'axe longitudinal du réservoir. Un espace doit être ménagé entre cette cloison et la paroi terminale du réservoir, afin de permettre la communication entre les espaces situés de part et d'autre de la cloison. Les orifices d'entrée et de sortie de la pompe hydraulique sont disposés à l'extrémité de la cloison qui n'est pas raccordée, de sorte que la distance entre l'huile entrante et l'huile de retour soit aussi grande que possible. En même temps, le réservoir peut ainsi mieux dissiper la chaleur.
Filtre à huile
Généralement, les contaminants dont la taille des particules est inférieure à 10 μ m ont peu d'effet sur la pompe, mais lorsque la taille des particules dépasse 10 μ m, en particulier lorsqu'elle excède 40 μ m, cela affecte considérablement la durée de vie de la pompe. Les particules solides contaminantes présentes dans l'huile hydraulique risquent d'accélérer l'usure des surfaces des pièces en mouvement relatif à l'intérieur de la pompe. Par conséquent, un filtre à huile doit être installé afin de réduire le niveau de contamination de l'huile. La précision de filtration recommandée est la suivante : 10~15 μ m pour les pompes à piston axial, 25 μ m pour les pompes à palettes et 40 μ m pour les pompes à engrenages. L'utilisation de filtres à huile de haute précision peut grandement prolonger la durée de vie des pompes hydrauliques.
La fonction des moteurs hydrauliques
Un moteur hydraulique est un élément de commande qui convertit l'énergie de pression d'un liquide en énergie mécanique, produisant un couple et un mouvement de rotation, et occupe une place importante dans les systèmes hydrauliques.
Les moteurs hydrauliques sont généralement divisés en deux types : à faible couple et à fort couple. Ces dernières années, avec le développement continu de la technologie hydraulique vers des pressions et des puissances plus élevées, et avec l'attention croissante portée à l'environnement, les actionneurs hydrauliques doivent présenter des caractéristiques telles qu'un faible niveau sonore, une faible pollution et un fonctionnement en douceur. Par conséquent, les moteurs à fort couple sont devenus l'une des tendances du développement.
Du point de vue de la conversion d'énergie, les pompes hydrauliques et les moteurs hydrauliques sont des composants hydrauliques réversibles : l'injection de fluide de travail dans n'importe quelle pompe hydraulique peut la transformer en moteur hydraulique en fonctionnement ; inversement, lorsque l'arbre principal du moteur hydraulique est entraîné par un couple externe, il peut également être converti en condition de fonctionnement de pompe hydraulique. Cela est dû au fait qu'ils possèdent les mêmes éléments structurels de base : un volume scellable et variable périodiquement, ainsi qu'un mécanisme correspondant de distribution d'huile.
Le rôle des pompes hydrauliques dans les systèmes hydrauliques
En termes simples, une pompe hydraulique est un dispositif qui convertit de l'énergie mécanique en énergie hydraulique. Les systèmes de transmission hydraulique utilisent différents types de pompes hydrauliques pour vaincre les charges et assurer une puissance de sortie.
Par exemple, dans les systèmes d'entraînement hydraulique tels que les pelles mécaniques, la pompe hydraulique est chargée de fournir la pression nécessaire pour soulever des véhicules ou des objets lourds. La plupart des engins de chantier lourds sont équipés de pompes hydrauliques, qui constituent des composants essentiels des systèmes hydrauliques.
Outre les équipements de grande taille, il existe également de plus petites pompes hydrauliques utilisées pour alimenter divers outils hydrauliques, tels que des outils de coupe, des presses, des scies hydrauliques, etc. Tous ces outils dépendent des pompes hydrauliques pour fonctionner efficacement.
Différences entre les pompes hydrauliques et les pompes ordinaires
La principale différence entre les pompes hydrauliques et les pompes ordinaires réside dans leur mode de fonctionnement. Les pompes ordinaires maintiennent généralement un débit constant de liquide, tandis que le débit des pompes hydrauliques est étroitement lié à la pression de charge.
En outre, leurs fonctions diffèrent : les pompes hydrauliques doivent vaincre la pression générée par la charge du système, alors que les pompes ordinaires se contentent de transporter ou de faire circuler en continu le liquide.
La fonction d'un moteur hydraulique
Un moteur hydraulique est un composant actionneur rotatif, également appelé actionneur rotatif. Sa fonction principale est de convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique afin d'entraîner la charge en mouvement.
La puissance de sortie d'un moteur hydraulique est déterminée par la chute de pression et le débit de l'huile hydraulique. Autrement dit, la puissance de sortie d'un moteur hydraulique est directement proportionnelle à sa vitesse de rotation.
Le principe de fonctionnement collaboratif des pompes hydrauliques et des moteurs hydrauliques
Après avoir compris les fonctions des pompes hydrauliques et des moteurs hydrauliques, examinons comment ils fonctionnent ensemble dans un système :
Tout d'abord, la pompe hydraulique convertit l'énergie mécanique fournie par un moteur primaire (tel qu'un moteur électrique ou un moteur diesel) en énergie hydraulique, qui se manifeste sous forme d'huile hydraulique en circulation.
Ensuite, le moteur hydraulique reçoit l'énergie hydraulique générée par la pompe hydraulique et la reconvertit en énergie mécanique, utilisée pour entraîner la charge et effectuer un travail.
Une fois ce processus de conversion terminé par le moteur hydraulique, l'ensemble du système dispose de l'énergie mécanique nécessaire pour accomplir des tâches. Les systèmes hydrauliques sont largement utilisés dans notre vie quotidienne ; par exemple, les ascenseurs, les distributeurs de carburant et les installations de loisirs reposent tous sur l'action conjointe des pompes hydrauliques et des moteurs hydrauliques.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1. Quelle est la différence entre une pompe hydraulique et un moteur hydraulique ?
Réponse : Une pompe hydraulique convertit l'énergie mécanique en énergie hydraulique (fluide sous pression), tandis qu'un moteur hydraulique convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique (couple et mouvement rotatif).
2. Quels sont les principaux types de moteurs hydrauliques ?
Réponse : Les moteurs hydrauliques sont principalement divisés en deux catégories :
Moteurs à basse vitesse et haut couple (LSHT)
Moteurs à haute vitesse et faible couple (HSLT)
En outre, selon leur structure, ils comprennent les moteurs à engrenages, les moteurs à palettes et les moteurs à pistons (incluant les types à pistons axiaux et radiaux).
3. Quels sont les types courants de pompes hydrauliques et leurs méthodes de classification ?
Réponse : Les pompes hydrauliques sont généralement classées selon deux critères :
Réglage du débit : Pompes variables (ajustables) et pompes fixes (débit constant)
Type de structure : Pompes à engrenages, pompes à palettes, pompes à pistons.
Pompes à engrenages : petite taille, structure simple, faible coût, mais usure et fuites importantes.
Pompes à palettes : débit uniforme, fonctionnement fluide, faible bruit, rendement supérieur aux pompes à engrenages, mais structure complexe.
Pompes à piston : rendement volumétrique élevé, faibles fuites, peuvent fonctionner à haute pression, adaptées aux systèmes de forte puissance, mais coût élevé et exigences strictes quant à la propreté de l'huile.
4. Quels sont les composants d'un système de pompe hydraulique ?
Réponse : Un système de pompe hydraulique comprend généralement :
Accouplement (reliant l'arbre moteur et l'arbre de la pompe)
Réservoir d'huile hydraulique (stockage de l'huile, dissipation de la chaleur, séparation de l'air et élimination de l'écume)
Filtre (réduction des particules contaminantes solides dans l'huile)
Pour garantir la fiabilité du système, il est nécessaire d'assurer un alignement correct de l'accouplement, une capacité et une structure appropriées du réservoir d'huile, ainsi que le choix de filtres avec une précision adéquate.
5. Quel rôle joue un moteur hydraulique dans le système ?
Réponse : Un moteur hydraulique reçoit un liquide sous pression, convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique et fournit un couple ainsi qu'un mouvement de rotation. Sa puissance de sortie dépend de la chute de pression du liquide et du débit ; par conséquent, lorsque le débit ou la pression change, la sortie du moteur change en conséquence.
6. Comment les pompes hydrauliques et les moteurs hydrauliques fonctionnent-ils ensemble ?
Réponse : Dans un système hydraulique :
La pompe hydraulique convertit l'énergie mécanique fournie par le moteur primaire (par exemple un moteur électrique ou un moteur diesel) en énergie liquide.
Le moteur hydraulique reçoit ce liquide sous pression et le reconvertit en énergie mécanique afin d'entraîner la charge.
Grâce à cette conversion d'énergie, le système peut produire la sortie mécanique requise.
7. Pourquoi la propreté de l'huile et la filtration sont-elles si cruciales dans les systèmes hydrauliques ?
Réponse : Les particules solides présentes dans l'huile hydraulique (en particulier celles supérieures à 10 μ µm, surtout supérieures à 40 μ m) peut aggraver l'usure des composants internes des pompes et des moteurs, réduisant l'efficacité et la durée de vie. Installer des filtres avec une précision appropriée (par exemple, 10-15 μ m pour les pompes à piston axial, 25 μ m pour les pompes à palettes, 40 μ m pour les pompes à engrenages) permet de maintenir efficacement la fiabilité du système.
8. Si ma pompe hydraulique émet du bruit ou vibre, quels éléments dois-je vérifier ?
Réponse : Les causes courantes incluent :
- Un mauvais alignement entre la pompe et l'accouplement/l'arbre
- Une vitesse ou une charge dépassant les valeurs nominales
- Une entrée d'air ou une cavitation dans la conduite d'aspiration
- Une mauvaise propreté de l'huile, ou une quantité/type d'huile incorrect
- L'usure ou les dommages de l'accouplement ou des composants internes de la pompe
Résoudre ces problèmes permet de réduire le bruit, les vibrations et d'allonger la durée de vie de la pompe.
9. Une pompe hydraulique « génère-t-elle » la pression dans le système ?
Réponse : En réalité, pas entièrement. La fonction principale d'une pompe hydraulique est de produire un débit ; la pression ne se forme que lorsque ce débit rencontre une résistance dans le système (comme une charge, des valves ou des actionneurs). Il est donc inexact d'attribuer uniquement à la pompe la génération de pression.
10. Quelles sont les métriques d'efficacité pour les pompes et moteurs hydrauliques ?
Réponse : Les métriques d'efficacité clés incluent :
- Efficacité volumétrique : débit réel ÷ Débit théorique
- Efficacité mécanique/hydraulique : couple théorique ÷ Couple réel (ou lié aux pertes mécaniques)
- Efficacité globale : efficacité volumétrique × Efficacité mécanique/hydraulique