Définition des systèmes hydrauliques et pneumatiques

Mis à jour le 08 février 2019

Par Jim Woodruff

Révisé par: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Les appareils hydrauliques et pneumatiques sont partout autour de nous. Ils sont utilisés dans la fabrication, le transport, les équipements de terrassement et les véhicules courants que nous voyons tous les jours.

Les freins de votre voiture sont à commande hydraulique; le camion à ordures qui passe chaque semaine près de votre maison utilise l'énergie hydraulique pour compacter les déchets. Votre mécanicien utilise un ascenseur hydraulique lorsqu'il travaille sur le dessous de votre voiture.

Les systèmes pneumatiques sont également répandus. Les camions et les bus utilisent des freins pneumatiques. Les peintres au pistolet utilisent de l'air comprimé pour étaler la peinture. Avez-vous déjà été irrité le matin par le bruit d'un marteau-piqueur? C'est une machine pneumatique qui travaille dur à l'air comprimé.

En 1647, le mathématicien français Blaise Pascal a développé un principe de mécanique des fluides connu sous le nom de loi de Pascal. Il stipule que lorsqu'une pression est appliquée à n'importe quel point dans un fluide confiné, la pression augmentera également à chaque point du conteneur. Aussi compliqué que puisse paraître ce principe, c'est la base du fonctionnement d'un système hydraulique.

Supposons que vous ayez un cylindre creux doté d'un piston d'une superficie de 2 pouces carrés et qu'il reçoive une force d'entrée de 100 livres. Il en résulte une pression de 50 livres par pouce carré (100 livres/2 pouces carrés).

Cette pression est transmise par le système de transmission hydraulique à un autre cylindre, appelé actionneur, qui a un piston d'une superficie de 6 pouces carrés. À 50 psi, ce cylindre a maintenant une force de sortie de 300 livres (50 psi X 6 pouces carrés).

La loi de Pascal donne aux systèmes hydrauliques leur avantage. Une entrée minimale dans un petit appareil peut entraîner une sortie de force plus importante dans un actionneur plus grand. C'est un moyen simple de multiplier la force de sortie suffisante pour gérer de lourdes charges de travail.

Étant donné que les systèmes hydrauliques peuvent fonctionner à des pressions allant jusqu'à plusieurs milliers de psi, la force de sortie au niveau de l'actionneur peut être énorme. Avec cette sortie de force plus élevée, l'actionneur mécanique a maintenant la puissance d'effectuer des tâches de levage, de poussée et de déplacement lourdes, telles que le terrassement.

Un système hydraulique utilise un réseau de transmission pour transporter un fluide sous pression qui entraîne des actionneurs hydrauliques. Le fluide hydraulique tire sa pression d'une pompe entraînée par un moteur d'entraînement, tel qu'un moteur électrique ou un moteur à essence/diesel. L'huile sous pression est filtrée, mesurée et poussée à travers le système de transmission vers un actionneur pour effectuer une action. Ensuite, le fluide retourne sous basse pression dans un réservoir où il est nettoyé et filtré avant de retourner à la pompe.

Les systèmes hydrauliques sont utilisés dans les usines de fabrication et de production, telles que les industries de l'acier et de l'automobile, pour faire fonctionner tous les types d'équipements mécaniques. Ils sont utilisés pour déplacer, pousser et soulever des matériaux dans des industries telles que l'exploitation minière, le terrassement et la construction.

Huile hydraulique – Les fluides hydrauliques sont non compressibles et ont des points d'éclair bas.

Un réservoir – Le réservoir contient le liquide du système. Il dispose d'un espace pour l'expansion du fluide, laisse l'air entraîné dans le liquide s'échapper et aide le liquide à se refroidir. Le fluide s'écoule du réservoir vers la pompe, ce qui le force à sortir à travers un réseau de canalisations et, finalement, à retourner au réservoir.

Dispositifs de filtrage – Les petites particules métalliques et autres matières étrangères se retrouvent généralement dans le fluide. Le système hydraulique utilise plusieurs filtres et crépines pour éliminer ces particules étrangères. La contamination des fluides est l'une des sources les plus courantes de problèmes dans un système hydraulique.

Un premier moteur – Des moteurs électriques ou des moteurs diesel à essence sont utilisés pour entraîner la pompe à fluide.

Une pompe – La pompe aspire le fluide du réservoir et le force à travers une vanne de régulation de pression et hors du réseau de transmission vers les actionneurs.

Connecteurs – Un réseau constitué de tuyaux, de tubulures et de flexibles transporte le fluide jusqu'aux actionneurs mécaniques.

Vannes – Diverses vannes contrôlent le débit du fluide, sa pression et sa direction.

Actionneurs – Les actionneurs sont les dispositifs qui effectuent des mouvements de travail. Ils peuvent être rotatifs, comme un moteur hydraulique, ou linéaires, comme un vérin.

Un système hydraulique présente de nombreux avantages par rapport aux systèmes pneumatiques et autres types de systèmes d'entraînement mécaniques car il :

• Utilise de petits composants pour transférer des forces importantes avec une puissance de sortie constante.
• Possède des actionneurs capables d'un positionnement précis.
• Est capable de démarrer sous de fortes charges initiales.
• Produit des mouvements réguliers et fluides sous des charges variables car les fluides ne sont pas compressibles et les débits peuvent être contrôlés avec précision avec des vannes.
• Fournit une puissance constante à des vitesses modérées par rapport aux systèmes pneumatiques.
• Est facile à contrôler et à réguler avec des vannes de régulation de pression, directionnelles et de débit.
• Dissipe la chaleur facilement et rapidement.
• Fonctionne bien dans les environnements chauds.

• Les pompes, les vannes, les réseaux de transmission et les actionneurs sont chers.
• Ils peuvent polluer le lieu de travail avec des fuites, ce qui peut provoquer des accidents ou des incendies.
• Ils ne sont pas adaptés au cyclisme à grande vitesse.
• Les fluides hydrauliques sont sensibles à la contamination par la saleté et doivent être testés régulièrement.
• Les ruptures de conduites à haute pression peuvent provoquer des blessures.
• Les performances des fluides hydrauliques sont fonction des changements de température, qui peuvent entraîner des changements de viscosité.

Les fluides hydrauliques les plus courants sont à base d'huiles minérales, de polyalphaoléfines et d'esters phosphatés en raison de leur faible compressibilité. L'eau ne convient pas car elle peut geler par temps froid et bouillir dans des environnements à haute température. L'eau peut également causer de la corrosion et de la rouille.

1. Transmettez la puissance et la force à travers les lignes conductrices aux actionneurs pour effectuer un mouvement de travail.
2. Lubrifier les composants, dispositifs, vannes et actionneurs du circuit.
3. Agir comme un liquide de refroidissement en transférant la chaleur loin de tous les points chauds du système.
4. Sceller les jeux entre les pièces mobiles pour augmenter l'efficacité et réduire la chaleur des fuites excessives.

Certaines des propriétés et caractéristiques d'un fluide hydraulique sont les suivantes :

Viscosité - La viscosité est la résistance interne d'un fluide à s'écouler. Il augmente au fur et à mesure que la température augmente. Un fluide hydraulique acceptable doit être capable de fournir une bonne étanchéité au niveau du piston, des vannes et des pompes, mais ne doit pas être trop épais pour empêcher l'écoulement du liquide.

Les fluides à viscosité élevée peuvent entraîner une perte de puissance et des températures de fonctionnement plus élevées. Un fluide trop fluide peut provoquer une usure excessive des pièces mobiles.

Stabilité chimique - Un fluide hydraulique doit être chimiquement stable. Il doit résister à l'oxydation et être stable dans des conditions de fonctionnement sévères, telles que des températures élevées. Un fonctionnement prolongé à des températures élevées peut réduire la durée de vie utile du fluide.

point de rupture - Un point d'éclair est la température à laquelle un fluide se transforme en vapeur dans un volume suffisant pour s'enflammer ou s'éclairer au contact d'une flamme. Les fluides hydrauliques ont besoin d'un point d'éclair élevé pour résister à la combustion et présentent un faible degré d'évaporation à des températures normales.

Point de feu - Le point de feu est la température à laquelle un fluide se vaporise dans un volume suffisant pour s'enflammer lorsqu'il est exposé à une flamme et continuer à brûler. Comme pour le point d'éclair, un fluide hydraulique acceptable doit avoir un point d'incendie élevé.

Les systèmes pneumatiques sont comme les systèmes hydrauliques, mais ils utilisent de l'air comprimé au lieu d'un fluide pour transmettre la puissance. Ils s'appuient sur une source constante d'air comprimé pour contrôler l'énergie et actionner les dispositifs de mouvement.

Les usines de fabrication utilisent de l'air comprimé pour entraîner des perceuses et des presses pneumatiques et pour soulever des objets et déplacer des matériaux. Les ateliers de fabrication utilisent une machine pneumatique pour conserver les produits non finis pour les opérations de soudage, de brasage et de formage.

Compresseur d'air - Le compresseur d'air aspire l'air de l'atmosphère, le met sous pression et stocke l'air comprimé dans un réservoir pour le rejeter dans le système de transmission.

Conducteur principal - Un moteur principal, tel qu'un moteur électrique ou un moteur à essence, fournit la puissance à un compresseur d'air.

Appareils de controle - Des vannes régulent la pression et contrôlent le débit et la direction.

Réservoir d'air - Un réservoir contient de l'air comprimé pour la livraison aux dispositifs mécaniques.

Actionneurs - Ce sont des appareils qui prennent l'énergie de l'air comprimé et la convertissent en mouvements mécaniques.

Système de transmission - Un réseau de tuyaux et de tubes transporte l'air comprimé jusqu'aux actionneurs.

Efficacité - L'approvisionnement en air est gratuit et illimité. L'air comprimé est facile à stocker, à transporter et peut être rejeté dans l'environnement sans traitements coûteux.

Conception simple - La configuration et les composants d'un système pneumatique ont une conception simple et sont faciles à entretenir. Ils sont plus durables et ne sont pas facilement endommagés.

La capacité de fonctionner à des vitesses plus élevées - Les systèmes pneumatiques peuvent actionner les actionneurs à des cycles plus rapides, comme dans les lignes de production d'emballages. Les mouvements linéaires et oscillants sont faciles à régler en utilisant une vanne de régulation de pression pour contrôler le débit et la pression.

Propreté - Aucun risque de fuite de fluides hydrauliques polluants pour l'environnement. Les systèmes pneumatiques sont préférés dans les lieux de travail qui nécessitent des niveaux élevés de propreté. Les dispositifs d'évacuation d'air nettoient l'air rejeté dans l'atmosphère.

Moins coûteux - Les composants pneumatiques sont moins chers et l'air comprimé est largement disponible dans les zones de fabrication. Les coûts de maintenance sont inférieurs à ceux des systèmes hydrauliques.

Fonctionnement plus sûr - Les systèmes pneumatiques peuvent être utilisés en toute sécurité dans des environnements inflammables sans danger d'incendie ou d'explosion. Les composants pneumatiques ne surchauffent pas et ne s'enflamment pas lorsqu'ils sont surchargés.

Capable de fonctionner dans des environnements difficiles - La poussière, les températures élevées et les environnements corrosifs ont moins d'effet sur les systèmes pneumatiques que sur l'hydraulique.

Puissance réduite - Les systèmes pneumatiques fonctionnent généralement à moins de 150 psi et fournissent moins de force totale aux actionneurs. Les vérins pneumatiques sont généralement petits et n'ont pas la puissance nécessaire pour supporter de lourdes charges.

Bruyant - Les compresseurs d'air génèrent plus de bruit et l'air comprimé est bruyant lorsqu'il sort des actionneurs.

Mouvement brutal - Parce que l'air est compressible, le mouvement des actionneurs pneumatiques peut être brutal, ce qui réduit la précision des mouvements du système. Les vitesses des pistons sont inégales. Les mouvements hydrauliques sont plus fluides.

Besoin d'un prétraitement de l'air - Avant utilisation, l'air doit être traité pour éliminer les particules d'eau et de poussière. Si cela n'est pas fait, la friction accrue entre les dispositifs de commande et les composants mobiles usera la pièce et nécessitera une réparation ou un remplacement prématuré.

Les actionneurs hydrauliques sont plus adaptés aux opérations nécessitant une force élevée. Ils sont robustes et peuvent produire des forces jusqu'à 25 fois supérieures à celles d'un actionneur pneumatique avec le même piston de taille. Les systèmes hydrauliques peuvent également fonctionner jusqu'à 4 000 psi. Les actionneurs pneumatiques sont généralement inférieurs à 150 psi.

La compressibilité de l'air et les pertes de charge réduisent l'efficacité des systèmes pneumatiques. Le compresseur doit fonctionner en continu pour maintenir la pression dans les lignes même lorsque les actionneurs ne bougent pas; les systèmes hydrauliques peuvent maintenir une pression constante sans que la pompe ne fonctionne.