Schéma hydraulique scie à ruban : conception et dimensionnement

Comprendre comment concevoir un circuit hydraulique est essentiel pour dimensionner correctement une installation et garantir son bon fonctionnement. Dans cette étude, nous réalisons le schéma hydraulique d’une scie à ruban en intégrant les différents composants : pompe, vérins, distributeurs et régulation de débit. Objectif : comprendre le dimensionnement du circuit, le rôle de chaque composant et les réglages nécessaires pour obtenir les vitesses souhaitées.

Aller plus loin en hydraulique

Schéma hydraulique de la scie à ruban

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)

Choix de la pompe hydraulique et calcul du débit

alcul de la puissance du moteur électrique pour une centrale hydraulique

Calcul de la force de l’étau hydraulique

Calcul de la vitesse de sortie de tige des vérins hydrauliques

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.

Dimensionnement des tuyauteries hydrauliques

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)

Dimensionnement du réservoir hydraulique

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.

Dimensionnement des distributeurs hydrauliques

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 avec un accumulateur entre le distributeur et le vérin.

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