La presse qui remonte mal : un simple tarage ?
Un vérin hydraulique horizontal doit extraire puis repousser une pièce serrée dans son logement ; l'effort résistant est de 20 kN dans les deux sens (frottement de la pièce). Caractéristiques : alésage 80 mm, tige 45 mm, course 400 mm. La pompe à cylindrée fixe débite 12 L/min et le limiteur de pression est taré à 55 bar. Le distributeur 4/3 est à centre fermé, commandé par deux électroaimants. Les pertes de charge et les frottements internes sont négligés. Le réglage a été réalisé par un intérimaire qui a « mis le limiteur au minimum pour ne pas forcer ». À la mise en service, le vérin sort correctement mais ne revient pas en position initiale : il s'arrête à mi-course et la pompe chauffe anormalement. Par ailleurs, lorsque le distributeur est au centre, le vérin recule lentement sous l'effet de la charge. Le chef d'équipe veut simplement augmenter le tarage du limiteur.
1. Calculez la pression nécessaire à l'extension puis à la rétraction, et expliquez le symptôme observé.
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Section en extension (côté fond, pleine section) A1 = π × D² / 4 = π × 0,080² / 4 = 5,027 × 10⁻³ m² (50,3 cm²) p1 = F / A1 = 20 000 / 5,027 × 10⁻³ = 3,98 × 10⁶ Pa = 39,8 bar
Section en rétraction (côté tige, section annulaire) A2 = π × (D² − d²) / 4 = π × (0,0064 − 0,002025) / 4 = 3,436 × 10⁻³ m² (34,4 cm²) p2 = F / A2 = 20 000 / 3,436 × 10⁻³ = 5,82 × 10⁶ Pa = 58,2 bar
Explication du symptôme : le limiteur est taré à 55 bar, soit moins que les 58,2 bar nécessaires à la rétraction. La pression plafonne donc à 55 bar et l'effort réellement disponible vaut 55 × 10⁵ × 3,436 × 10⁻³ ≈ 18,9 kN, inférieur aux 20 kN de résistance : le vérin ne peut pas vaincre la charge et s'arrête. Tout le débit de la pompe part alors au limiteur, ce qui explique l'échauffement anormal et le bruit. Le dimensionnement en extension est en revanche correct (39,8 bar < 55 bar).
2. Calculez la vitesse et la durée du mouvement à l'extension et à la rétraction (si le limiteur n'intervient pas).
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Débit : Q = 12 L/min = 12 × 10⁻³ / 60 = 2,0 × 10⁻⁴ m³/s.
Extension v1 = Q / A1 = 2,0 × 10⁻⁴ / 5,027 × 10⁻³ = 0,0398 m/s, soit 2,39 m/min t1 = course / v1 = 0,400 / 0,0398 = 10,1 s
Rétraction v2 = Q / A2 = 2,0 × 10⁻⁴ / 3,436 × 10⁻³ = 0,0582 m/s, soit 3,49 m/min t2 = 0,400 / 0,0582 = 6,9 s
Commentaire : la rétraction est naturellement plus rapide (section plus faible, donc vitesse plus grande à débit égal), mais c'est aussi le sens qui demande le plus de pression. C'est ce couple « petite section / forte pression » qui rend le sous-tarage visible uniquement au retour. Ces temps sont des minima : le rendement volumétrique de la pompe et les fuites internes les allongent légèrement, et si le limiteur s'ouvre, la vitesse s'effondre - c'est exactement le défaut observé à mi-course.
3. Expliquez la dérive au centre et proposez une correction, en indiquant si l'augmentation du tarage est la bonne réponse.
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Dérive au centre : un distributeur à centre fermé isole les deux chambres du vérin. Si le vérin recule lentement alors que le tiroir est centré, c'est qu'un écoulement interne existe entre les chambres : usure des joints de piston, fuite du tiroir, ou clapet anti-retour interne défaillant. La charge fait alors transiter l'huile et le vérin descend. Le limiteur de pression n'est pas la cause : il n'est pas dans le circuit fermé entre les deux chambres, son tarage n'y change rien.
Correction :
- Contrôler l'étanchéité interne du vérin et du distributeur (essai de fuite, mesure du débit de by-pass).
- Monter un clapet anti-retour piloté (vanne d'équilibrage) au plus près du vérin, sur la ligne qui tient la charge : c'est la solution de sécurité, indépendante de l'étanchéité du tiroir.
- Remplacer les joints de piston si l'usure est confirmée.
Sur l'augmentation du tarage : elle est partiellement justifiée pour la rétraction, mais doit être chiffrée. Il faut environ 1,2 × la pression de travail maximale, soit ≈ 70 bar, sans dépasser la pression de service du vérin, des flexibles et du distributeur. En revanche, elle ne corrige pas la dérive, et un tarage trop élevé augmente le risque de rupture de flexible et le courant absorbé. La bonne réponse est donc double : retarer à 70 bar pour le mouvement, et traiter la fuite interne pour la tenue en charge.