Mises en application des vérins hydrauliques
La plage de courses typique des vérins hydrauliques AHP Merkle s‘étend de 1 mm à 2 000 mm.
Il existe bien entendu également des construction spéciales avec des course plus longues. Lors de la détermination, resp. du dimensionnement, les conditions de fonctionnement importantes telles que la dynamique, la vitesse de piston, les rapports de forces, etc., doivent être examinées avec attention.
Estampage
Lors de l‘estampage, il se produit par exemple des charges hautement dynamiques (coups de bélier, pics de pression), auxquelles le vérin ainsi que les joints doivent être préparés. Les guidages sont par conséquent renforcés, les systèmes d‘étanchéité adaptés et l‘ensemble de la construction conçu pour des charges considérablement élevées. Le vérin d‘estampage se distingue également des vérins-blocs par ses orifices d‘alimentation plus grands qui permettent un débit volumique plus élevé.
Vitesses de piston élevées et / ou masses importantes
Dans le cas de vitesses de piston élevées et de masses en mouvement importantes, l‘arrivée sur la position finale doit être considérée avec attention. Afin d‘éviter les inutiles charges dues aux chocs, il est recommandé d‘équiper le vérin hydraulique d‘amortisseurs de fin de course intégrés ou d‘absorbeurs de chocs externes, voire des deux si cela est possible. Ceci est toujours valable lorsque le piston arrive en position finale avec une vitesse supérieure à 0,1 m/s.
Lors du choix entre des amortisseurs de fin de course intégrés ou des absorbeurs de chocs externes, il ne faut pas seulement tenir compte de la masse déplacée mais également de la course. Si la course est très courte, un amortisseur de fin de course peut influencer fortement la dynamique du vérin hydraulique et « l‘appesantir ». Il est alors recommandé d‘installer des amortisseurs externes.
Plus la vitesse de piston est élevée ou plus la masse déplacée par le vérin est importante, plus il est capital de prendre des mesures d‘amortissement.
Forces transversales
Dans les constructions mécaniques, il n‘est pas rare que surviennent des forces transversales qui ne doivent en aucun cas être absorbées par le vérin hydraulique (voir également à ce sujet la norme DIN EN ISO 4413).
D‘une part elles endommagent les guidages et les joints, d‘autre part elles peuvent entraîner une déformation de la tige de piston en cas de forces excessives. Par conséquent, il faut prévoir des guidages adaptés tels que ceux des unités de translation et unités tire-noyau de AHP Merkle, qui absorbent les forces transversales. En outre, il existe la possibilité d‘intercepter les forces indésirables exercées sur le vérin hydraulique grâce à des accouplements et rotules adaptés.
Si les forces transversales ne sont pas totalement absorbées par les éléments de construction correspondants, il existe un risque d‘endommagement des guidages, des surfaces de roulement, des joints et de la tige de piston.
Utilisation synchrone
Si l‘on souhaite faire fonctionner plusieurs vérins, mêmes identiques, en parallèle dans une application, il faut avoir conscience des particularités que présente cet agencement. En effet, un fonctionnement synchrone de plusieurs axes, cela est valable également pour le vérin hydraulique, ne s‘obtient qu‘au moyen de mesures de construction supplémentaires, par exemple des guidages stables et précis. Ceci résulte de la multitude de paramètres physiques qui agissent sur le système.
Que faut-il observer pour les applications synchrones avec des vérins hydrauliques?
Dans le cas des vérins hydrauliques, cela signifie que l‘un des vérins a toujours la plus faible résistance et, par conséquent, même les unités de construction identiques n‘entrent et ne sortent pas de façon totalement identique. Si les applications synchrones fonctionnent sans les mesures constructives correspondantes, il peut en résulter des dommages au niveau des vérins ou, le cas échéant, au niveau des autres éléments de l‘agencement.
La mise en place de diviseurs de débit (disponibles sur le marché) constitue une mesure efficace pour l‘obtention d‘un fonctionnement synchrone sans heurt. Ces derniers répartissent uniformément les quantités d‘huile disponibles dans les vérins. En outre, les conduites d‘alimentation vers chaque vérin doivent avoir strictement la même longueur (pose de conduites synchrones) et présenter une section de dimension suffisante. En outre, des guidages externes conçus pour être particulièrement stables et précis sont à prévoir. Dans la majorité des cas, une tuyauterie synchrone présentant un guidage bien pensé des pièces à déplacer suffit déjà. Une autre mesure permettant d‘obtenir un fonctionnement en parallèle est la synchronisation d‘axes au moyen d‘un système de mesure. Un système ainsi réglé garantit la plus grande précision de fonctionnement lors de la mise en œuvre d‘une application synchrone. Les soupapes proportionnelles, de réglage et servo-soupapes prennent en charge la commande précise du débit volumique et ainsi des mouvements du vérin. La réalisation de l‘électronique de réglage nécessaire représente toutefois un travail d‘envergure.
En raison de la complexité d‘une application synchrone et des effets en résultant sur le vérin, AHP Merkle recommande un contrôle détaillé de l‘ensemble de la construction et / ou de la machine, concernant les rapports de force, les mouvements axiaux et autres détails de construction de l‘application synchrone planifiée.
Multiplications de pression involontaires
Si, pour l‘optimisation de profils de mouvement ou de développements de force, on combine plusieurs vérins hydrauliques, les effets potentiels doivent être observés en détail et pris en compte en terme de construction.
Exemple 1 (vérin couplé) :
Si deux vérins hydrauliques couplés par une tige de piston possèdent des diamètres de piston différents, la pression augmente considérablement dans le plus petit vérin (p1, A1), lorsque le plus gros (p2, A2) exerce une force de « poussée ». Cette situation reflète la relation suivante:
Pour une pression de sortie de 250 bar et des diamètres de piston de 50 mm (grand vérin) et 32 mm (petit vérin), la pression dans la chambre du plus petit vérin augmente jusqu‘à environ 610 bar. Pour un diamètre encore plus petit de 25 mm (petit vérin), la valeur dans la chambre du vérin peut même atteindre 800 bar.
Si, avec cet agencement, le grand vérin hydraulique n‘exerce pas une pression sur la surface du piston, mais sur la surface annulaire du petit vérin hydraulique, l‘augmentation de pression est considérablement plus importante.
Exemple 2 (forces extérieures) :
Les grandes forces externes qui agissent parfois sur le vérin hydraulique constituent une source de risque typique. Une telle situation peut se produire par ex. si la soupape de retour de l‘éjecteur ne s‘ouvre pas au bon moment. L‘important développement de force sur la grande surface du vérin est alors transféré sur la petite surface de l‘éjecteur, ce qui engendre une pression énorme et fait véritablement « gonfler » le vérin hydraulique.
Charge de poussée / résistance au flambage
Lors de la conception de vérins hydrauliques, il est particulièrement important de savoir si les unités doivent travailler en poussée ou en traction, resp. exercer des forces dans les deux directions.
Dans le cas de charges de poussée, la résistance au flambage de la tige de piston doit être considérée. Ceci vaut en particulier dans le cas de longues courses.
La résistance au flambage de la tige de piston est influencée par les facteurs suivants :
- diamètre de la tige de piston
- longueur de la tige de piston / du vérin
- fixation de la tige de piston et du vérin
Sur www.ahp.de, vous trouverez un outil de calcul interactif qui vous aidera à choisir vos vérins hydrauliques ainsi qu‘à les concevoir et les dimensionner de façon adaptée.
Huile de fuite
Il existe également la possibilité de prévoir un raccordement en huile de fuite supplémentaire dans le vérin hydraulique. Cela s‘avère toujours nécessaire lorsque aucun microfilm ne doit subsister sur la tige de piston, entre autres dans les applications du secteur agroalimentaire.
À cet effet, le vérin doit être pourvu d‘un espace annulaire étanche. L‘huile du film gras peut s‘y déposer, puis être évacuée via un raccordement supplémentaire. Cette mesure de construction se révèle également pertinente lorsque, même en cas de diminution de l‘effet étanchéifiant du joint de la tige due à l‘usure classique, aucun fluide sous pression ne doit être rejeté dans l‘environnement.
Comportement à la déformation
En général, lorsqu‘il est question de fluides hydrauliques, on part du principe qu‘ils sont incompressibles. En fait, dans la pratique, on observe un « écrasement » sensible du fluide lorsque les charges de pression sont élevées. Une telle « dilatation négative » se répercute naturellement sur la tige de piston, ce qui conduit à des modifications involontaires du positionnement de la tige de piston, resp. du mouvement de course possible de la tige de piston.
Exemple :
Un vérin présentant un diamètre de piston de 100 mm et une course de 100 mm peut, s‘il subit une modification de charge de 0 kN à 157 kN (ce qui correspond à une modification de pression d‘environ 200 bar), se déformer de presque 1,5 mm. Pour 500 bar, un tel « écrasement » peut atteindre la valeur de 3,75 mm.
Dans cet exemple cependant, ni les influences du joint, ni les effets retour provenant de l‘ensemble de la construction hydraulique, comme l‘utilisation de tuyaux hydrauliques, ne sont pris en compte.