Etude et dimensionnement d une installation hydraulique Industrielle. On veut réaliser un ensemble constitué de 2 vérins et d un moteur hydraulique.

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1 Eude de cas 1- Thème : Eude e dimensionnemen d une insallaion hydraulique Indusrielle. - Objecifs : Le echnicien supérieur devra êre capable de : - Lire un schéma hydraulique - Choisir les composans hydrauliques nécessaire. - Maîriser les abaques afin d évier les pannes. 3-Enoncé du problème : On veu réaliser un ensemble consiué de vérins e d un moeur hydraulique. Le 1 er vérin déplace une masse de 3600 Kg sur 600 mm à une viesse moyenne de 0. m/s à l aller comme au reour. Le ème vérin déplace 6000 Kg sur 350 mm avec 00 mm d avance rapide parcourus à 0.15 m/s, e le rese en avance lene à 0.05 m/s. Le reour s effecue à 0. m/s. N.B : On pourra considérer que la phase accéléraion représene environ 1/5 du emps oal. Le moeur hydraulique es uilisé dans un seul sens e doi fournir un couple de 50 danm à 140 r/mn, seulemen duran l avance lene du vérin B. Le cycle es le suivan : 1. Avance vérin A.. Avance rapide vérin B. 3. Avance lene vérin B e roaion du moeur hydraulique. 4. Reour de vérin B. 5. Reour de vérin A. 50

2 І- Déerminaion des appareils moeurs : І--11 І :: Véérri in A :: Les paramères du vérin A : m charge 3600kg ; C course 600mm ; V viesse 0.m / s ; g 10m / s a - Caracérisiques: A.N: LLaa foorrccee f nnéécceessssaai iirree ppoouurr ééqquui iil lli iibbrreerr llaa l maassssee: : m g N 3600daN LLaa foorrccee f nnéécceessssaai iirree ppoouurr ccoommuunni iiqquueerr ll l aaccccéél lléérraa i iioonn: : F m avec V T 5 V La durée de l accéléraion représene 1/5 T: On a : C V T T 3s 0. 6s 0. 5 A.N: m / s T C V 3600daN F N 10 dan F 10 dan LLaa foorrccee f rrééeel lll llee oo aal llee nnéécceessssaai iirree àà ddééppl llaacceerr llaa l cchhaarrggee: : 51

3 F A.N : ( vé F ) ( ) F 4133 dan 0.9 F 4133 dan b Déerminaion de la ige du vérin: Caal llccuul ddee llaa l lloonngguueeuurr l lli liibbrree ((dduu flf llaambbaaggee)): : Déé eerrmi iinnaa i iioonn dduu cco cooeef ffi iicci iieenn dduu mooddee ddee fif iixxaa i iioonn : Le vérin A es à fixaion sur paes avec chape de ige guidée. Sur le nous rouvons pour ce ype d aache K = 0.7 ableau précéden, Coefficien du mode de fixaion K = 0.5 K = 0.7 K = C ou D B B B F e I F F e I J 1 K = 1.5 K = K = 4 Fixaion de la ige B A A A Libre Libre Libre I Fixaion du cylindre J G J F e I F I Dééeerrmi inaai ion dee laa l lonl ngueeurr lil ibrree :: On sai que : L C K A.N: L mm L 40 mm 5

4 Sur l abaque représené figure 1.3, nous rouvons pour 4100 dan e une longueur de flambage, une ige du vérin de diamère 36 mm. E d après le ableau précéden, les diamères du pison. D 1 = 50 mm ; D = 63 mm Vérin A (Ø 63 x 36) ou (Ø 50 x 36). Figure 1.b 40 mm c) 4100 dan Déerminaion de pression du vérin:! our D 1 = 50 mm; 1 F S 1 4 F D 1 53

5 A.N: bars! our D = 63 mm; F S 4 F D A.N: 13 bars On prend comme considéraion la pere de charge égale (10 à 15%). D où les pressions deviennen : 15 % bars 15 % bars Sachan que : 1 e son les pressions au niveau du vérin A. 1 e son les pressions au niveau de la pompe. our augmener la durée de vie de la pompe, il fau que la pompe ne foncionne pas en charge donc il fau que la pression maximale de la pompe doi êre supérieure à la pression de service c es à dire il fau choisir la pompe el que ; max service ( service 15 %) 54

6 our la raison d économie (minimiser la consommaion de la pompe). On doi choisir une pompe qui génère la pression minimale. 15 Choix du Vérin A : (Ø 63 x 36) bars І-- І :: Véérri in B :: Les paramères du vérin B : m charg e 6000kg ; C course 350mm Avance rapide : a - Caracérisiques: C 1 00 mm ; V1 0.15m / s LLaa foorrccee f nnéécceessssaai iirree ppoouurr ééqquui iil lli iibbrreerr llaa l maassssee: : m g N 6000daN 6000daN A.N: LLaa foorrccee f nnéécceessssaai iirree ppoouurr ccoommuunni iiqquueerr ll l aaccccéél lléérraa i iioonn: : F m avec V T 5 V La durée de l accéléraion représene 1/5 T: On a : C V T T C V T 1. 33s 0. 6s A.N: m / s F N 34 dan LLaa foorrccee f rrééeel lll llee oo aal llee nnéécceessssaai iirree àà ddééppl llaacceerr llaa l cchhaarrggee: : 55

7 F A.N: ( vé F ) ( ) F dan F 7046 dan b Déerminaion de la ige du vérin: Caal llccuul ddee llaa l lloonngguueeuurr l lli liibbrree ((dduu flf llaambbaaggee)): : Dééeerrmi inaai ion du ccoeeffffi icci ieen du modee dee ffi ixxaai ion :: Le vérin B es à fixaion sur paes avec chape de ige guidée. Sur le ableau précéden, nous rouvons pour ce ype d aache K = 0.7 K 0.7 Dééeerrmi inaai ion dee laa l longueeurr l lil ibrree :: On sai que : L C K A.N: L mm L 140 mm Sur l abaque représené figure 1.b, nous rouvons pour 7000 dan e une longueur de flambage 140 mm, une ige du vérin de diamère 45 mm correspond à deux diamères de pison. Les diamères du pison son : D 1 = 63 mm ; D = 80 mm Vérin B (Ø 63 x 45) ou (Ø 80 x 45). c Déerminaion de pression du vérin:! our D 1 = 63 mm; 1 F S 1 4 F D A.N: bars 56

8 ! our D = 80 mm; F S 4 F D A.N: 140 bars On prend comme considéraion la pere de charge égale (10 à 15%). D où les pressions deviennen : 1 1 ( 1 15 %) 6 ( % bars 0.15 bars Sachan que : 1 e son les pressions au niveau du vérin B. 1 e son les pressions au niveau de la pompe. our augmener la durée de vie de la pompe, il fau que la pompe ne foncionne pas en charge donc il fau que la pression maximale de la pompe doi êre supérieure à la pression de service c.à.d il fau choisir la pompe el que ; max service service our la raison d économie (minimiser la consommaion de la pompe). On doi choisir une pompe qui génère la pression minimale. Choix du vérin B (Ø 80 x 45) І--33 І :: Moeeurr hyydrraaul liquee :: Les paramères du moeur hydraulique : C couple 50daN. m ) % bars ; N viesse de roaion 140r / mn renons un rendemen de dépar de hm = 0.9 : On suppose que! p = 10 bars. aa-- Dééeerrmi inaai ion dee laa l ccyyl lindrrééee :: 57

9 Cyl héorique couple p l / r 91cm 3 / r Nous pourrons vérifier ce calcul sur l abaque suivan. 10 bars Cyl=80cm 3 /r Cyl=91cm 3 /r Cylindrée [cm 3 /r] Couple [dan.m] Abaque des caracérisiques héoriques pompe / moeur. Sur le caalogue du consruceur Bosch, nous avons rouvé un moeur à engrenage de cylindrée 30 cm 3 avec : 50 l / min ;; 7kw ression [bars] T vol hm 0.74 Cyl N % C Cyl %

10 vol 0.89 hm 0.8 T 0.74 b-- Dééeerrmi inaai ion dee laa l prreessssi ion dee rraavvaai ill :: couple 15.9 Cyl hm bars cc-- Dééeerrmi inaai ion du déébi i aabssorrbéé paarr lee l moeeurr :: Cyl N vol l / mn soi 0.84l / s Avec : vol hm rendemen volumérique. rendemen hydrau mécanique. rendemen oal. ( l / mn) Débi absorbé. Cyl ( cm p 3 / r) cylindrée. ( bars) pression. C ( Nm) couple. N ( r / mn) viesse de roaion. ( kw) puissance fournie. ІІ - Déerminaion des débis : 11 :: Dééeerrmi inaai ion deess déébi iss du vvéérri in A :: Ø 63 / 36 (S = 31. cm ; S annulaire =1 cm ; V= 0. m/s)! Débi nécessaire à l aller ; = S x V =31. x 0 = 64 cm 3 /s! Débi nécessaire au reour ; soi 0.64 l/s 59

11 = S annulaire x V = 1 x 0 = 40 cm 3 /s soi 0.4 l/s :: Dééeerrmi inaai ion deess déébi iss du vvéérri in B :: Ø 80 / 45 (S= 50. cm ; S annulaire = cm ) Viesse avance rapide : 0.15 m/s Viesse avance lene : 0.05 m/s Viesse reour : 0. m/s a- Débi nécessaire en avance rapide : S V cm / s soi 0.753l / s b- Débi nécessaire en avance lene : S V cm / s soi 0.51l / s c- Débi nécessaire au reour : S annulaire V cm / s soi 0.687l / s 33 :: Dééeerrmi inaai ion dee déébi i du moeeurr hyydrraaul liquee :: Nous avons rouvé un débi absorbé de l/mn soi 0.84 l/s ІІІ Choix d une cenrale : 1)- Dééeerrmi inaai ion dee laa l pompee hyydrraaul liquee :: La pression maximale reenue es de 161 bars pour le vérin B à laquelle s ajouen les peres de charge du circui. E pour augmener la durée de vie de la pompe, il fau que la pompe ne foncionne pas en charge donc on fixe la pression sur 180 bars. Le débi le plus élevé es 0.84 l/s soi l/mn. our un moeur élecrique ournan à 1500 r/mn, il fau une pompe de cylindrée ; Cyl N cm 3 Sur le caalogue du consruceur (Bosch) pour les pompes à engrenages, nous avons rouvé une pompe de cylindrée 36 cm 3 e a ravers cee valeurs on va essayé de déerminer les différenes caracérisique de la pompe 60

12 50.3 cm r/mn 110 Nm 17.5 kw 1500 r/mn 61

13 A 180 bars e une viesse de roaion 1500r/mn on a un débi de 50,3 l/mn. uis on a déerminé la puissance absorbée e le couple. (Voir abaque ci-dessus). C 110 Nm ; absorbée kw Les formules qui suiven présenen des faceurs de conversion nécessaire à l emploi des uniés de mesure uilisées dans la praique. aa))-- Dééeerrmi inaai ion du rreendeemeen vvol luméérri iquee :: vol réel héo Cyl N % 0.93 b))-- Dééeerrmi inaai ion du rreendeemeen oaal l :: oal sorie enrée 6 ression absorbée % 0.86 cc))-- Dééeerrmi inaai ion du rreendeemeen hyydrraau--mééccaani iquee :: hm 1.59Cyl C ression d ))-- Dééeerrmi inaai ion du déébi i hééorri iquee :: héo Cyl N l / mn % e ))-- Dééeerrmi inaai ion du déébi i rrééeel l :: réel Cyl N vol l / mn f ))-- Dééeerrmi inaai ion dee laa l puissssaanccee du moeeurr éél leeccrri iquee :: Noouuss rree i iieennddrroonnss uunn rreennddeemeenn ddee absorbée Lee Fluidee hyydrraaul liquee :: kw LLee flf lluui iiddee hhyyddrraauul lli iiqquuee ccoorrrreessppoonndd àà ccee ee ppoomppee eess àà bbaassssee dd hhuui iil llee mi iinnéérraal llee ccoonnf foorrmee àà DIN/ /ISO ddee vvi iissccoossi iiéé 3300 ccss.. LLaa ppool lll lluu i iioonn dd hhuui iil llee lli liimi ii ééee àà ccl llaassssee 1100 ppaarr eemppl llooi ii dd uunn fif iil ll rree! 55 =7755 ІV - Déerminaion des uyaueries : 11))-- Tuyyaaueerri iee pourr lee l vvéérri in A :: 6

14 Le débi le plus élevé pour ce vérin es de = 0.64 l/s. En reenons une viesse de circulaion de 4 m/s car la viesse de circulaion du fluide à l inérieur des conduies peu avoir comme valeur : - 4 à 6 m/s dans les conduies de pression. - m/s dans les conduies de reour. Il fau une secion de : oouurr uunn cceerrccl llee : S V cm D 1.56 S D 1.4 cm D après l abaque suivan, on peu déerminer le choix du flexible a parir de plusieurs faceurs comme : -Le diamère inérieur du flexible. - La pression de service. -La pression d éclaemen. La viesse de circulaion du fluide : 64 V 33 cm / s 3.5 m / s S 1.88 mm 63

15 ))-- Tuyyaaueerri iee pourr lee l vvéérri inn B :: Le débi le plus élevé pour ce vérin es de = l/s. Il fau une secion de : S V cm 64

16 oouurr uunn cceerrccl llee : D 1.88 S D 1.54 cm mm Reenons dans l abaque des flexibles, on choisi le même flexible que pour le vérin A. 33))-- Tuyyaaueerri iee pourr lee l moeeurr hyydrraaul liquee:: LLee ddéébbi ii aabbssoorrbbééee ppaarr llee l moo eeuurr hhyyddrraauul lli iiqquuee eess ddee ll/ l/ss.. Seecc i iioonn ddee llaa l uuyyaauu eerri iiee : S V cm D ooùù Ø iinn i éérri iieeuurr dduu flf lleexxi iibbl llee : cm mm 65

17 Vérin A: Ø 63/36 C= 600 m m 1 Vérin B: Ø 80/45 13 C= 350 m m M oeur hydraulique C=50 m dan ; N =140 r/m n 14 FC FC 1 CE3 CE CE1 10 RD1 q1 RD q RD3 q3 RD4 q4 ED 3 d 11 8 ED 1 aa ba ED ab bb 9 c ED bars 15 bars 7 1= bars =180 bars =50. l/s 6 M 1 4 uissance = 1 kw N = 1500 r/m n Le schéma hydraulique. 66 -

18 Lise des maériels uilisés : Rép. Désignaion Foncion 1 Réservoir Socker le fluide Crépine Empêcher les impureés de s infilrer dans les organes sensibles 3 ompe hydraulique Générer la puissance hydraulique 4 Moeur élecrique Acionner la pompe 5 Limieur de pression roéger l insallaion conre les surpressions 6 Manomère Indiquer la valeur de la pression 7 Limieur de débi Auoriser le passage d un débi de fluide dans les deux sens 8 Elecro-disribueur Disribuer la puissance hydraulique au vérin 4/3 9 Elecro-disribueur Disribuer la puissance hydraulique au moeur 4/ 10 Régulaeur de débi Régler le débi e la viesse du fluide 11 Elecro-disribueur Disribuer la puissance hydraulique au moeur 4/ 1 Vérin double effe A Transformer la puissance hydraulique en puissance mécanique 13 Vérin double effe B Transformer la puissance hydraulique en puissance mécanique 14 Moeur hydraulique Transformer la puissance hydraulique en puissance mécanique Foncionnemen: 1- L acion sur le bouon poussoir (m) excie la bobine (aa) de l élecrodisribueur ED1. - FC1 excie la bobine (ab) de l élecrodisribueur ED. 3- CE1 désexcie la bobine d de l élecrodisribueur ED3 e excie la bobine c de ED4. 4- CE désexcie la bobine (ab) e excie la bobine (bb) de ED. 5- CE3 désexcie la bobine (bb) e excie la bobine (ba) de ED1. 6- FC désexcie la bobine (ba). 67 -

19 Grafce de poin de vue C : 0 m 1 aa FC1 ab CE 3 ab. d. c CE1 4 bb CE3 5 ba FC Descripion du cycle: 1- Avance du vérin A (enre FC e FC1) : Lorsque la bobine (aa) es exciée l huile n es pas obligée de passer par l érangleur 1 alors il passe par l érangleur. D où la sorie de la ige du vérin A s effecue. - Avance rapide du vérin B (enre EC3 e EC) : Lorsque la bobine (ab) es exciée l huile n es pas obligée de passer par l érangleur 3 alors il passe par le clape ani reour. 68

20 La sorie rapide du vérin s effecue par le passage du débi d huile de l élecrodisribueur ED3 e le régulaeur de débi RD3 (q =0.753 l/s). 3- Avance lene du vérin B (enre EC e EC1) e roaion du moeur hydraulique: Lorsque les bobines (d) e (c) son exciées l huile passe seulemen par RD4. Donc la sorie de la ige s effecue par le débi (q =0.5 l/s). E au même emps la roaion du moeur s effecue. 4- Reour de la ige du vérin B (enre CE1 e CE3) : Lorsque la bobine (bb) es exciée l huile es passée par le régulaeur de débi RD3 qui es réglé à 0.68 l/s. 5- Reour de la ige du vérin A (enre FC1 e FC) : Lorsque la bobine (ba) es exciée l huile es passée par le régulaeur de débi RD1 qui es réglé à 0.4l/s Conclusion : J ai essayé dans ce chapire de présener le processus de dimensionnemen d un circui hydraulique suie a un cahier de charge. A la suie de cee applicaion, j ai appris à maîriser les abaques des calculs hydrauliques, à schémaiser oue une insallaion hydraulique d un cerains foncionnemen e précisémen à lire un schéma hydraulique 69

21 30cm 3 70

22 aramères Types de pompes ression d uilisaion maxi Rendemen Avanages e caracérisiques Viesse de roaion r/mn ompes à vis Jusqu à 10 bars Silencieuse - Débi régulier e imporan 3000 ompes à engrenages 1. Basse pression exérieure.. Moyenne pression ex. 3. Inérieure. 70 bars 170 bars 50 bars Bon marché - Simple - Robuse - Elles s amorcen auomaiquemen ompes à palees 1. alees non réglables.. alees réglables. 175 bars 10 bars Brui modéré - Débi réglable par modificaion de l excenraion du saor ompes à pisons 1. isons en ligne.. isons radiaux. 3. isons axiaux. - Barille incliné - laeau incliné 500 bars 400 bars 350 bars 400 bars Elevées - Elevées - Très bonnes - Sens de roaion déerminée

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