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Fiche N° 40

Réaliser le circuit hydraulique d'une scie à ruban

1 - Schéma hydraulique

 

 

Un client veut automatiser une scie à ruban, il souhaite créer le circuit hydraulique de la scie.

On dispose de :

  • Une pompe à engrenage de 2 cm3/tour.
  • Un moteur électrique : vitesse 1400tr/min.
  • Un vérin soulevant l’archet : Ø piston 25 mm, Ø tige 16 mm, course 150 mm.
  • Un vérin de serrage : Ø piston 32 mm, Ø tige 20 mm, course 100 mm.

On souhaite pouvoir régler la vitesse de rentrée et de sortie de chaque vérin.

Sur le schéma ci-dessus on retrouve :

  • Un réservoir (rep 1).
  • Une pompe à engrenage (rep 2).
  • Un moteur électrique (rep 3).
  • Un limiteur de pression (rep 4).
  • Un distributeur de by-pass 4/2 à tiroir (rep 5).
  • Un distributeur permettant de faire fonctionner l’étau 4/3 centre fermé à tiroir (rep 6).
  • Un limiteur de débit unidirectionnel permettant de régler la vitesse de serrage de l’étau (rep 7).
  • Un limiteur de débit unidirectionnel permettant de régler la vitesse de desserrage de l’étau (rep 8).
  • Un vérin double effets permettant le serrage de l’étau (rep 9).
  • Un distributeur permettant de faire fonctionner l’archet 4/3 centre fermé à tiroir (rep 10).
  • Un limiteur de débit unidirectionnel permettant de régler la vitesse de montée de l’archet (rep 11).
  • Un limiteur de débit unidirectionnel permettant de régler la vitesse de descente de l’archet (rep 12)
  • Un vérin double effets permettant la montée/descente de l’archet (rep 13)
  • Un échangeur (rep 14)
  • Un filtre à huile retour (rep 15)

À noter : Chaque vérin est équipé de 2 limiteurs de débit unidirectionnel en tête bêche installés côté grande chambre. Cela permet de pouvoir régler la rentrée et sortie de tige sans étrangler sur la petite chambre afin d’éviter des surpressions trop importantes dans la chambre annulaire. De manière générale, lorsque les vérins sont asymétriques, on évite de réduire le débit à l’échappement côté petite chambre.

Le limiteur de débit installé sur le vérin de l’archet permet également de maîtriser la descente de la charge menante (poids de l’archet)

2-Débit de la pompe

Q = q * V / 1000

Q : débit en l/min

q : cylindrée en cm3/tour

V : vitesse de rotation en tour/min

Le moteur électrique à une vitesse de 1400 tr/min

Q = 2 * 1400 / 1000

Q = 2.8 l/min

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3 - Puissance du moteur électrique

Le limiteur de pression sera réglé à 140 bars.

P = p * Q / 540

Cette formule grâce au coefficient 540 tient compte des rendements mécaniques.

P : Puissance en KW

p : Pression en Bar

Q : Débit en l/min

P = 140 * 2.8 / 540

P = 0.73 KW arrondi à 0.75 KW

4 - Force de l’étau

Surface du piston :

S = π * r²

S = π * 16²

S = 803.84 mm² soit 8 cm²

P = F /S

P : Pression en bar

F : Force en daN ou Kg

S : Surface en cm²

F = p * s

F = 140 * 8

F = 1120 daN

5 - Vitesse de sortie de tige des vérins

Q = 6 * S * V

Q : Débit en l/min

S : section en cm²

V : vitesse en m/s

Vérin étau :

2.8 = 6 * 8 * V

2.8 / 48 = 0.058 m/s

Temps de sortie du vérin de l’étau si étrangleur desserré :

Course : 100 mm

0.058 / 0.1 = 1.72 seconde

Vérin archet :

Ø 25 mm   longueur : 150 mm

2.8 = 6* π * 1.25² * V

V = 2.8/29.43

V = 0.95 m/s

Temps de sortie du vérin de l’archet si étrangleur desserré :

0.95 / 0.15 = 6.33 secondes.

6 - Dimension de la tuyauterie

 Le dimensionnement du diamètre intérieur des tuyauteries s’effectue grâce à l’abaque ci-dessous.

 

6.1 Vitesse du fluide dans les conduites sous pression :

0 à 50 bars : 5m/s

50 à 150 bars : 5 à 6 m/s

150 à 250 bars : 6 à 8 m/s

Supérieur à 250 bars : 8 à 10 m/s

6.2 Vitesse du fluide dans les conduites de retour :

2 à 3 m/s

6.3 Vitesse du fluide dans les conduites de drainage :

0.5 m/s

6.4 Vitesse du fluide dans les conduites d’aspiration :

Pompe à engrenage : 0.8 à 1.5 m/s

Pompe à piston : 0.5 à 0.8 m/s

6.5 dimensionnement :

La conduite d’aspiration 2.8 l/min sera :  1/4 minimum (DN6)

Compte tenu des très faibles débits de l’installation, tous les autres tuyaux, peuvent rester en ¼ ou même descendre en 3/16 (DN 4)

7 - Taille du réservoir

Volume des vérins + volume tuyauterie + volume retour des vérins + 15 % de volume de marnage.

Volume de tuyauterie estimé à 1 litre

Volume des vérins :

V = S * L

V : Volume en litre

S : section en dm²

L : longueur en dm

Volume du vérin de l’étau :

V = 0.08 * 1 = 0.08 l

Volume du vérin de l’archet :

V = 0.04 * 1.5 = 0.06 l

Volume retour du vérin de l’étau :

V = 0.03 * 1 = 0.03 l

Volume retour du vérin de l’archet :

V = 0.02 * 1.5 = 0.03 l

Un réservoir de 4 litres sera parfait.

8 - Taille des distributeurs

Les distributeurs devront laisser passer le débit de retour des vérins.

Le rapport de section des vérins est de 1.6 (rapport de surface entre la grande chambre et la chambre annulaire). Le débit maximum pouvant passer dans les distributeurs est de 2.8 * 1.6 = 4.48 l/min.

À noter : Les distributeurs à tiroir ne sont pas étanches, il faudra maintenir le distributeur de l’étau actionné lors de la coupe. Ou alors installer un clapet piloté avecun accumulateur entre le distributeur et le vérin.

De même pour l’archet, lors d’un arrêt prolongé (plusieurs heures), il risque de descendre.

 

9 - Echangeur

Toutes les installations hydrauliques chauffent. Il est nécessaire d’installer un échangeur. Par retour d’expérience, il doit pouvoir dissiper 35% de la puissance installée.

Le distributeur de by-pass (rep 5) permet de ne pas laminer l’huile par le limiteur de pression lorsque la scie est en stand-by.

10 - Filtration

L’installation est considérée comme peu sensible à la pollution, un filtre sur le retour de 20µm laissant passer 5 l/min sera suffisant.

Ne pas oublier la filtration de mise à l’air libre du réservoir qui sera au minimum du même grade.

 
 
 

Commentaires

  • Amineta

    1 Amineta Le 02/01/2023

    Bonsoir j’ai besoin de votre aide. Pouvez-vous me donner les réponses à ces questions?
    1) le fonctionnement de ce montage lorsque le distributeur 5 n’est pas actionné et (b non excité) et lorsqu’il est actionné et ( b excité)
    2) proposer moi s’il vous plaît un planning simple de maintenance préventive systématique de ce montage
    3) quelle est le diagnostic pour un problème de desserrage des pièces ( relâchement des pièces dans l’étau 9 en plein processus de coupe? En utilisant une analyse logique
    4) on constate que l’archer descend rapidement jusqu’à casser la scie lors de chaque actionnement du distributeur de commande 10 quelle est la cause probable de cette anomalie?en utilisant une méthode causale et une analyse logique
    sebhydro

    sebhydro Le 02/01/2023

    Bonjour,
    Merci pour votre intérêt.
    Je peux répondre aux questions que partiellement. La création de document, de diagnostique etc... rentre dans le cadre d'une formation ou d'une expertise facturable.
    Si le distributeur 5 n'est pas actionné, aucun mouvement ne fonctionne à l'exception de la descente de l'archet.
    La cause probable de la descente de l'archet trop rapide est un mauvais réglage du limiteur de débit rep 12.
  • AL-HAERI

    2 AL-HAERI Le 19/04/2022

    Bonjour,
    Merci pour ces infos, j’ai des questions si vous me permettez :
    • Pour le calcul des vitesses, pourquoi utiliser le débit max ? doit-on utiliser le débit en sortie de l’étrangleur ?
    • Pourriez-vous détailler le calcul du volume retour du vérin sur (7 - Taille du réservoir) et le rapport de surface 1.6 sur (8 - Taille des distributeurs) SVP
    Merci d’avance
    Cordialement
    sebhydro

    sebhydro Le 19/04/2022

    Bonjour,
    Le débit max est utilisé pour calculer la vitesse maxi des vérins.
    L’opérateur ajuste la vitesse en fonction de son besoin.
    Le débit maxi de retour d’un vérin est le débit d’entrée (dans ce cas le débit de la pompe * par le rapport de section du vérin .
    Rapport de section : Surface du piston / surface annulaire (surface du piston - la surface de la tige)
    Le débit de retour maxi du vérin permet également de dimensionner le distributeur.
    Voici quelques formules utiles : https://www.sebhydro.com/pages/documentation/fiche/page-34.html
    Voici une autre fiche : https://www.sebhydro.com/pages/documentation/fiche/page-32.html
  • Mougin

    3 Mougin Le 29/12/2021

    Bonjour,

    Je travail à l'automatisation de ma scie a ruban et vos fiches sont une mine d'or pour la partie hydraulique.

    J'ai pourtant 2 petites questions :

    Dans le cas de la descente de l'archet, faut il considérer cela comme une charge menante et contrôler la descente avec une valve d'équilibrage à pilotage interne ? Ou, comme sur votre schémas un simple limiteur de débit unidirectionnelle suffit ?

    Conseiller vous l'utilisation de clapets pilotés aussi bien sur le vérin de l’étau pour qu'il ne se dessert pas une fois serré, et sur l'archet pour que la lame ne finisse pas brutalement sur une pièces ou qu' à l’arrêt elle finisse en contact avec une pièce âpres un jours ou deux d’arrêt de la machine ?

    Merci.
    sebhydro

    sebhydro Le 30/12/2021

    Bonjour,
    Merci pour votre intérêt.
    Oui, l'archet est une charge menante. Dans le cas de ce schéma, la maitrise est effectuée par le limiteur de débit.
    Il est tout à fait possible d'utiliser une valve d'équilibrage qui a également l'avantage d'être étanche. Dans ce cas de figure, le clapet piloté n'est pas utile.
    Valve d'équilibrage avec un pilotage externe si la mécanique de l'archet est un bras de levier comme sur la photo de l'exemple. ( La charge varie)
    Valve d'équilibrage sans pilotage externe si la mécanique de l'archet est montée sur un coulisseau. (La charge est fixe)
    A chaque situation son schéma.
    Par exemple : parfois l'archet est un vérin simple effet et descend par son propre poids. Dans ce cas, le choix se portera sur un clapet piloté par un distributeur + limiteur de débit.
  • wagner

    4 wagner Le 08/04/2021

    Bonjour,
    quelle type exact de limiteur unidirectionnelle est adéquat pour la descente de l'arche.
    Merci
    sebhydro

    sebhydro Le 08/04/2021

    Bonjour,
    Merci pour votre intérêt.
    Au vu des débits, distributeur, & limiteurs de débit de type Cetop 2 (NG4) est suffisant.
  • Steph

    5 Steph Le 06/01/2020

    Merci pour les infos

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