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Comment dimensionner un circuit hydraulique (exemple presse)

Le dimensionnement d’un circuit hydraulique est essentiel pour garantir la performance et la fiabilité d’une machine. Une erreur de calcul peut entraîner un manque de puissance, une vitesse incorrecte ou un échauffement du système.

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Le cahier des charges stipule de dimensionner un circuit hydraulique pour faire fonctionner un vérin de presse.

On dispose d’un vérin double effet d’une longueur de 30cm. Le diamètre du piston est de 160mm et le diamètre de la tige est de 110mm.

La pompe sera entrainée par un moteur électrique.

L’effort maxi doit être de 40 tonnes, le vérin doit sortir en 20 secondes.

Le Schéma hydraulique

Schéma dimensionnement circuit presse hydraulique

Calcul pression

Surface du piston 

 S = π*R² 

S : Surface en cm².

R : Rayon du piston en cm ( 16/2=8cm).

 

S = ∆p *8²

S= 200,96 cm²

 

Pression nécessaire

P = F/S

P : Pression en bar.

F : Force en daN pou Kg.

S : Surface du piston en cm².

 

P = 40000/200.96

P = 199 bars : arrondi à 200 bars.

On prendra une pompe à engrenages externes installée en charge. (réservoir au-dessus de la pompe).

Calcul Débit

Vitesse du vérin

 

La longueur du vérin 30 cm soit 0.3 m doit sortir en 20 secondes.

Soit : 0.3/20 = 0.015 m/s.

Débit nécessaire

 

Q = 6*S*V

Q : Débit en l/min.

S : Section du piston en cm².

V : Vitesse du vérin en m/s.

Q = 6*200.96*0.015

Q = 18.08 l/min arrondi à 18 l/min.

Calcul cylindrée de la pompe

Le moteur électrique tourne à une vitesse de 1500tr/min.

Q = q*N/1000

Q : Débit en l/min.

q : Cylindrée de la pompe en cm3/tour.

N : Vitesse de rotation en tr/min.

18 = q * 1500/1000

18 = q* 1.5

q = 18/1.5

q = 12 cm3/t.

Dimension du distributeur

Le débit maximum passant dans le distributeur est le débit de la pompe multiplié par le rapport de section du vérin.

Rapport de section : différence entre la surface du piston et la surface annulaire.

Q = 18 *2 = 36 l/min.

On choisira un distributeur monobloc de type 6/3 centre ouvert pouvant faire passer 40l/min .Le limiteur de pression est intégré au distributeur.

Taille du réservoir hydraulique

Dans l’industrie, la taille du réservoir est de 4 à 5 fois le débit de la pompe.

Dans les circuits embarqués (TP- agricole) la taille du réservoir est entre 0.8 à 2 fois le débit de la pompe.

De façon plus précise , le réservoir doit contenir le volume utile (volume des vérins + tuyauteries) + le volume de marnage (volume de retour des vérins + volume des accumulateurs) + le volume de ciel ( 15% du volume utile + marnage).

On prendra un réservoir de 35 l.

Lors du réglage ou du diagnostic d’un circuit hydraulique, l’utilisation d’un manomètre permet de contrôler précisément les pressions du système.

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Puissance du moteur électrique

P = p * Q / 540

P : Puissance en KW.

p : Pression en bar.

Q : Débit en l/min.

 

P = 200 * 18 / 540

P = 6.66 KW  on prendra un moteur standard  de 7.5 KW.

Puissance de l’échangeur

Si l’installation ne fonctionne que quelques minutes par jour , il n’est pas nécessaire d’installer un refroidisseur.

Dans le cas contraire , il est conseillé de prendre un échangeur pouvant dissiper 35% de la puissance installée.

6.66 * 35/100 = 2.33 KW.

Dimension tuyauterie

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

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

Vitesse du fluide dans les conduites de retour :

2 à 3 m/s

Vitesse du fluide dans les conduites de drainage :

0.5 m/s

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

 

Dimensionnement :

La conduite d’aspiration 18 l/min (rep 1) sera : Ø 3/4

La conduite pression sortie de pompe 18 l/min (rep 2) sera : Ø 3/8

Les conduites pression A et B 36 l/min (rep 3 & 4) seront : Ø 1/2

La conduite retour 36 l/min  (rep 5) sera : Ø 3/4

 

Filtration

L’installation est considérée comme peu sensible à la pollution, un filtre sur le retour de 20µm laissant passer 40 l/min sera suffisant.

Erreurs fréquentes en dimensionnement hydraulique

 Pompe sous-dimensionnée → manque de puissance

Une pompe trop petite ne permet pas d’atteindre la pression ou le débit nécessaire.

Conséquences :

  • effort insuffisant (ex : presse qui ne monte pas à la force demandée)
  • ralentissement en charge
  • fonctionnement permanent du limiteur de pression

Débit insuffisant → vitesse trop lente

Le débit détermine directement la vitesse des vérins ou moteurs.

Conséquences :

  • cycle trop long
  • machine non productive
  • impression de “manque de puissance” alors que c’est un problème de débit

Tuyauterie trop petite → échauffement et pertes

Un diamètre insuffisant augmente la vitesse de l’huile dans les conduites.

Conséquences :

  • pertes de charge importantes
  • montée en température
  • baisse de rendement
  • cavitation possible en aspiration

Mauvaise filtration → usure rapide

Un circuit mal filtré entraîne une pollution de l’huile.

Conséquences :

  • usure prématurée des pompes
  • grippage des tiroirs (distributeurs, régulateurs…)
  • perte d’étanchéité interne → chute de performance

 À retenir :

80 % des pannes hydrauliques viennent de la pollution.

Explication en vidéo : dimensionnement d’un circuit hydraulique pour une presse

 

Dimensionner un circuit hydraulique pour une presse feuille de calcul

 

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