Cylindres hydrauliques : Principes de fonctionnement et types

Le vérin hydraulique est un actionneur du système hydraulique et sa fonction est de convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique. L'entrée du vérin hydraulique est le débit et la pression du liquide, et la sortie est la vitesse linéaire et la force. Le piston du cylindre hydraulique peut effectuer un mouvement linéaire alternatif, produisant un déplacement linéaire limité.

I. Principe de fonctionnement du vérin hydraulique

Prenons l'exemple d'un vérin hydraulique double effet à tige simple piston pour illustrer le principe de fonctionnement du vérin hydraulique. Comme le montre la figure 1, le vérin hydraulique est principalement composé d'un cylindre 1, d'un piston 2, d'une tige de piston 3, d'un couvercle d'extrémité 4 et d'un joint de tige de piston 5.

Tonneau à 1 cylindre
2 pistons
3-Tige de piston
4-Couvercle d'extrémité
5-Seal

Si le cylindre est fixe et que de l'huile hydraulique est introduite en continu dans la chambre gauche, lorsque la pression de l'huile est suffisante pour surmonter toutes les charges exercées sur la tige du piston, le piston se déplace en continu vers la droite à la vitesse v ₁ et la tige de piston agit sur l'environnement extérieur.

Inversement, lorsque de l'huile hydraulique est introduite dans la chambre droite, le piston se déplace vers la gauche à la vitesse v ₂ et la tige de piston agit également sur l'environnement extérieur. De cette manière, un mouvement alternatif est réalisé. Ce type de vérin hydraulique est appelé vérin fixe.

Si la tige de piston est fixe et que l'huile hydraulique est introduite en continu dans la chambre gauche, le cylindre se déplace vers la gauche ; si l'huile hydraulique est introduite en continu dans la chambre droite, le cylindre se déplace vers la droite. Ce type de vérin hydraulique est appelé vérin à tige de piston fixe.

Les vérins hydrauliques dont il est question dans ce chapitre, sauf indication contraire, sont tous des exemples de vérins hydrauliques à cylindre fixe et à tige de piston mobile.

L'huile introduite dans le cylindre hydraulique doit avoir une pression p et un débit q. La pression est utilisée pour vaincre la charge, et le débit est utilisé pour former une certaine vitesse de mouvement. La pression et le débit entrant dans le cylindre hydraulique constituent l'énergie hydraulique entrant dans le cylindre ; la force et la vitesse de mouvement exercées par le piston sur la charge constituent l'énergie mécanique sortant du cylindre hydraulique.

Par conséquent, la pression p, le débit q, la force de sortie F et la vitesse v entrant dans le vérin hydraulique sont les principaux paramètres de performance du vérin hydraulique.

II. Classification des vérins hydrauliques

En raison des différentes utilisations des machines et des différentes formes de mouvement qu'elles effectuent, il existe de nombreux types de vérins hydrauliques, généralement classés en fonction de la méthode d'alimentation en huile, de la structure, des caractéristiques fonctionnelles et de l'utilisation.

Selon le sens de l'alimentation en huile, on distingue les vérins à simple effet et les vérins à double effet. Un vérin à simple effet n'envoie de l'huile à haute pression que d'un côté du cylindre, et dépend d'autres forces externes pour faire revenir le piston. Un vérin à double effet envoie de l'huile hydraulique des deux côtés du cylindre. Les mouvements avant et arrière du piston sont complétés par la pression hydraulique.

En fonction de leur forme structurelle, ils peuvent être divisés en cylindres à piston, cylindres à piston plongeur, cylindres oscillants et cylindres à manchon télescopique.

Selon la forme de la tige de piston, on distingue les cylindres à tige simple et les cylindres à tige double.

En fonction des utilisations spéciales du cylindre, ils peuvent être divisés en cylindres tandem, cylindres de surpression, cylindres d'augmentation de la vitesse, cylindres à paliers, etc. Ces types de vérins ne sont pas constitués d'un seul cylindre, mais sont combinés à d'autres cylindres et composants, de sorte que, d'un point de vue structurel, ces vérins sont également appelés vérins combinés. En fonction de la pression utilisée par le vérin hydraulique, on distingue les vérins hydrauliques à basse pression, les vérins hydrauliques à moyenne pression, les vérins hydrauliques à haute pression et les vérins hydrauliques à ultra-haute pression.

Pour les machines-outils, on utilise généralement des vérins hydrauliques à moyenne et basse pression, dont la pression nominale est comprise entre 2,5 et 6,3 MPa ; pour les machines de construction, les machines d'ingénierie et les avions, on utilise principalement des vérins hydrauliques à moyenne et haute pression, dont la pression nominale est comprise entre 10 et 16 MPa ; pour les machines telles que les presses hydrauliques, on utilise principalement des vérins hydrauliques à haute pression, dont la pression nominale est comprise entre 25 et 31,5 MPa.

La classification des vérins hydrauliques est présentée dans le tableau 1.

Tableau 1 Classification des vérins hydrauliques

Nom			Symbole	Caractéristiques de fonctionnement
Cylindre hydraulique à simple effet	Cylindre à piston			Entraînement hydraulique unidirectionnel, retour par poids propre, par ressort ou par d'autres forces externes
	Cylindre plongeur			Le plongeur est épais, supporte bien la force et est entraîné de manière unidirectionnelle par la pression hydraulique.
	Cylindre à douille télescopique			Entraîné par un système hydraulique, il est poussé section par section du plus grand au plus petit, puis rétracté section par section du plus petit au plus grand sous l'effet de son propre poids.
Cylindre hydraulique à double effet	Tige à piston unique	Cylindre standard		Le piston se déplace sous la pression hydraulique dans les deux sens, ne décélère pas en fin de course, et la force et la vitesse de déplacement dans les deux sens sont différentes.
		Cylindre d'amortissement non réglable		Le piston se déplace sous la pression hydraulique dans les deux sens, décélère en fin de course et la valeur de décélération n'est pas réglable. La force et la vitesse de déplacement dans les deux sens sont différentes.
		Cylindre d'amortissement réglable		Le piston se déplace sous pression hydraulique dans les deux sens, décélère en fin de course et la valeur de décélération est réglable. La force et la vitesse de déplacement dans les deux sens sont différentes.
		Cylindre différentiel		Peut accélérer l'admission d'huile dans la chambre sans barreau, mais la poussée est réduite en conséquence.
	Double tige de piston	Cylindre standard		Le piston se déplace sous la pression hydraulique dans les deux sens, ne décélère pas en fin de course, et la force et la vitesse de déplacement dans les deux sens sont identiques.
		Cylindre à double vitesse		Deux pistons se déplacent simultanément dans des directions opposées.
		Cylindre d'amortissement non réglable		Le piston se déplace sous pression hydraulique dans les deux sens, décélère en fin de course et la valeur de décélération n'est pas réglable. La force et la vitesse de déplacement dans les deux sens sont identiques.
		Cylindre d'amortissement réglable		Le piston se déplace sous pression hydraulique dans les deux sens, décélère en fin de course et la valeur de décélération est réglable. La force et la vitesse de déplacement dans les deux sens sont identiques.
	Cylindre à douille télescopique			Entraînement hydraulique à double effet, la procédure d'extension et de rétraction est la même que celle d'un vérin à manchon télescopique à simple effet.
Cylindre combiné	Cylindre amplificateur			Entraîné par l'admission d'huile dans la chambre A, il produit de l'huile à haute pression dans la chambre B.
	Cylindre tandem			Utilisé dans les cas où le diamètre du cylindre est limité mais pas sa longueur, ce qui permet une plus grande poussée.
	Cylindre multipositions			En ouvrant différentes entrées d'huile selon les besoins, le piston A peut avoir trois positions.
	Cylindre de marche			Plusieurs courses de piston sont organisées dans un ordre binaire. En ouvrant différentes entrées d'huile selon les besoins, le piston peut se déplacer sur différentes distances.
	Cylindre à crémaillère			Convertit le mouvement linéaire alternatif du piston en mouvement rotatif alternatif de l'engrenage.