Conception d'assemblages de flexibles hydrauliques :un guide complet pour les ingénieurs

Par Josh Cosford, rédacteur en chef

Comme leurs frères raccords et adaptateurs, les flexibles hydrauliques sont souvent une réflexion secondaire du concepteur hydraulique. Je préférerais également travailler à la création d’un circuit hydraulique unique, mais nous ne devons pas oublier l’importance d’une approche holistique de la conception des machines. Vos techniciens en transmission hydraulique sont une pièce essentielle du puzzle pour garantir que les tuyaux sont fabriqués et installés de manière experte, mais votre prévoyance contribue grandement à réduire les coûts, à faciliter l'installation et à améliorer la fiabilité.

En supposant que vous soyez le concepteur hydraulique, et non l'ingénieur responsable de la machine elle-même, de nombreuses considérations doivent être prises en compte lors de la planification des flexibles. Généralement, vous devez prendre en compte trois éléments lors de la sélection et de la planification de l'ensemble de tuyaux de votre machine :la construction du tuyau, la sélection de l'extrémité du tuyau et les options de routage.

Tout d'abord :la construction des tuyaux

La sélection du style de construction de flexible approprié joue le rôle le plus important pour fournir aux clients une machine hydraulique efficace et sûre. La compatibilité de pression est le principal facteur que vous devez prendre en compte lors de la sélection de votre tuyau, et votre point de départ doit être le tableau ci-dessous sur les normes SAE J517 sur les tuyaux hydrauliques.

Norme de construction de flexibles hydrauliques SAE J517

Vous devez sélectionner votre flexible hydraulique en fonction de la plage de pression de service maximale rencontrée par votre machine. La gamme prend en compte le plus grand diamètre (pression la plus basse) et le plus petit diamètre (pression la plus élevée), qui sont au cœur de l'hydraulique. De par leur nature même, les petits tuyaux supportent plus facilement les hautes pressions que les tuyaux de grand diamètre, alors vérifiez auprès de votre fournisseur de tuyaux la pression nominale du diamètre dont vous avez besoin pour le débit de votre machine.

Tous les flexibles hydrauliques sont évalués pour leur pression de service, qui est la moitié de celle de la pression d'épreuve et la moitié de la pression d'éclatement. Si votre système est sujet à des pics de pression, vous devrez peut-être sélectionner un tuyau dont la pression est légèrement supérieure à votre pression de service nominale. La pression d'épreuve décrit le point où un tuyau hydraulique est soumis à des dommages permanents, il est donc préférable d'éviter de toucher cette démarcation sur le manomètre.

Dans de nombreux cas, vous souhaiterez peut-être éviter les vénérables normes 100R1 et 100R2 si votre machine dispose d'une variété de tailles de tuyaux tout en fonctionnant à au moins 3 000 psi. De nombreux fabricants de machines standardisent l'une des désignations de tuyaux isobares, telles que 100R17, où chaque tuyau de 3/16 à 1 po est évalué à 3 000 psi. Leur popularité croissante a réduit les coûts de production, car de nombreux fabricants de tuyaux ont adopté cette conception.

Il est très important d’utiliser un tuyau du diamètre intérieur correct, car le changement du diamètre intérieur du tuyau peut être compliqué. peut modifier la pression du système. Si le tuyau de remplacement est trop petit pour le débit, vous avez introduit une nouvelle restriction. La pression du système augmentera.
Image gracieuseté de LunchBox Sessions

Si vous avez besoin d'un tuyau de gros calibre et à une pression supérieure à 3 000 psi, vous devrez explorer des options telles que 100R12, 100R13 et 100R15, qui utilisent des fils de renfort enroulés en spirale à quatre ou six couches. Certaines personnes vous suggèrent de choisir un tuyau évalué à 25 à 50 % au-dessus de votre pression de service, mais en réalité, les directives strictes en matière de tuyaux tiennent déjà compte des pics de pression, et les fabricants construisent en conséquence.

Considérations relatives au flux

Après avoir choisi un type de construction de tuyau, vous aurez besoin du diamètre qui convient le mieux au débit. N'oubliez pas de prendre en compte des situations uniques, telles que les cylindres différentiels et le débit d'additif généré par l'orifice du capuchon lors de la rétraction. Dans les cas où le rapport de surface est élevé, vous pouvez observer plus du double du débit, alors assurez-vous que le tuyau est de taille appropriée.

Il n'existe pas de description absolue de la capacité de débit d'un tuyau hydraulique, car quatre scénarios déterminent la vitesse maximale du fluide, qui est généralement notre facteur limitant plutôt que quelque chose de plus difficile à calculer, comme la chute de pression. En commençant par le bas de l'échelle, évitez une vitesse excessive dans les conduites d'aspiration, où le vide pourrait entraîner la formation spontanée de bulles de gaz que nous appelons cavitation. En règle générale, ne laissez jamais les conduites d'aspiration dépasser 3 à 4 pieds/sec ; plus bas est toujours mieux, donc il n'y a aucun mal à viser 1 pied/sec si l'espace le permet.

Sur la gauche se trouve le rayon de courbure minimum autorisé pour ce tuyau. À droite, le coude du tuyau (tracé en rouge) est bien plus serré que le rayon de courbure minimum autorisé par le fabricant (indiqué en vert).
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Assurez-vous également que le drain du boîtier et les conduites pilotes sont limités à une vitesse de 1 pied/sec ou moins. En aucun cas vous ne voulez risquer d’endommager les composants internes ou les commandes de la pompe. Vous pouvez être plus libéral avec les vitesses de pression et les conduites de retour, pour la plupart. Les conduites de pression, telles que la pression de la pompe et les conduites de travail, peuvent varier de 20 à 30 pieds/s et dépendent de la pression. Les systèmes à pression plus élevée conviennent mieux aux vitesses plus élevées, car moins de fluide est perdu lorsque la pression chute par rapport à la pression maximale. Par exemple, exécuter 30 pieds/sec dans un système à 4 000 psi est moins problématique que courir 30 pieds/sec dans un système à 1 000 psi.

Notez que les conduites de retour doivent également être dimensionnées pour limiter la vitesse, mais pas autant que les conduites d'aspiration. Il est raisonnable de fonctionner à environ 6-10 pieds/sec dans ce cas, et l'objectif principal est de limiter la contre-pression dans les conduites de réservoir des vannes et des drains de boîtier, mais également d'éviter une pression excessive au niveau des boîtiers de filtre de retour. Une certaine attention doit être accordée à la taille de la conduite malgré la vitesse idéale du fluide. Les petites conduites sont plus naturellement sujettes aux chutes de pression. Assurez-vous donc d'éviter les très petites conduites d'aspiration, de pression et de retour, même si elles s'inscrivent dans la plage de vitesse idéale.

Les petits tuyaux de diamètre intérieur sont soumis à des forces de friction plus élevées dues au fluide qui traverse de manière disproportionnée la couche limite. À l’inverse, un tuyau plus grand permet un écoulement à travers le centre et à l’écart des parois de la chambre à air. De plus, les conduites de retour et de pression sont plus susceptibles de subir un écoulement turbulent et une dissipation d'énergie, entraînant une chute de pression. En cas de doute, ne négligez pas le diamètre et ne risquez pas les problèmes résultant de flexibles sous-dimensionnés. En pratique, lors de la fabrication d'un ensemble de flexibles pour une machine hydraulique, il est courant de voir un flexible d'aspiration de 2", un flexible de pression de 3/4", un flexible de retour de 1" et un flexible de vidange de 1/2".

Ne négligez pas les extrémités des tuyaux

Nous avons maintenant finalisé le type de construction le mieux adapté à la pression hydraulique de notre machine et affiné notre diamètre interne pour l'adapter au débit du système ; il faut maintenant choisir nos embouts de durites. Vous êtes concepteur hydraulique en 2025, alors arrêtons le taureau; nous allons sélectionner uniquement des connexions sans fuite utilisant des joints en caoutchouc synthétique. Désolé, NPT et JIC – vous avez été formidables et je chéris tous nos souvenirs, mais c'est vous et pas moi. La face du joint torique, le bossage du joint torique et les brides offrent bien plus dans cette relation.

ORFS est rapidement devenu la connexion de choix, offrant tous les avantages du style JIC avec une connexion sans fuite. Il est disponible dans une variété de tailles, avec des coudes d'extrémité de tuyau à 45° et 90°, et les extrémités femelles sont équipées de pivots pour faciliter l'installation. Le joint torique facilement remplaçable est situé sur la face de l'extrémité mâle, ce qui rend le travail d'entretien rapide en cas de fuite.

Les raccords à bride, tels que les styles courants SAE Code 61 et Code 62, sont couramment utilisés pour les connexions haute pression et/ou haut débit. Les connexions à bride divisée permettent au technicien d'aligner l'extrémité du tuyau de manière appropriée pour éviter toute torsion ou torsion, et, comme le raccord ORFS, le joint torique réside sur l'extrémité mâle (il n'y a pas de bride « femelle » car les mâles se fixent à la surface de connexion plate où se trouve le port).

Généralement, le raccord de type bossage à joint torique est utilisé comme connexion intermédiaire à l’extrémité du tuyau. Semblables aux BSPP ou métriques, ceux-ci utilisent un joint polymère situé en haut du filetage du port, scellé par une cavité dans le filetage du port (ORB) ou à travers une rondelle collée (BSPP et métrique). Cependant, l'ORB est rarement utilisé comme extrémité de tuyau car le raccord mâle nécessite un émerillon dynamique coûteux. Ils existent et sont disponibles en orientation droite ou à 90°, mais de nombreux concepteurs préfèrent les raccords de tuyaux femelles.

Pour atténuer le courrier haineux, je dois mentionner que certaines machines utilisent volontiers les raccords JIC et NPT, et c'est parfaitement bien. Cependant, ce guide du concepteur est orienté vers une technologie supérieure, et je m’en voudrais de ne pas pousser autre chose que les extrémités des tuyaux avec des joints remplaçables. Les ORFS et les raccords à bride sont tout simplement meilleurs, alors soyez avec le temps et utilisez-les. Ainsi, malgré le fait que JIC soit facile à utiliser avec les systèmes d'évasement de tubes, de nombreux fabricants proposent des raccords de tubes en deux parties pour ORFS, et les raccords à bride peuvent également être soudés aux tubes. De plus, cet article concerne réellement les flexibles, pas la plomberie tubulaire.

Étant donné que la longueur du tuyau peut changer sous l'effet d'une forte poussée de pression, il est important de laisser suffisamment de jeu pour permettre l'expansion.
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Mise en page et routage

La dernière considération pour les concepteurs hydrauliques concerne la disposition physique des flexibles sur la machine elle-même. Les flexibles méritent mieux que la simple jonction du point A au point B. Leur orientation, leur disposition et leur montage doivent empêcher l'usure par friction, la pression excessive du joint et les forces de torsion/couple. L'illustration montre diverses méthodes incorrectes et correctes pour monter les flexibles hydrauliques afin d'éviter toute flexion au niveau du joint à sertir. Le poids du tuyau ne doit jamais encourager la flexion au point où l'extrémité du tuyau en acier pince le couvercle du tuyau. Si le poids d'un tuyau provoque un affaissement, utilisez des extrémités de tuyau à 90° pour soutenir le coude et laissez le tuyau pendre naturellement.

La longueur du tuyau doit être suffisante pour éviter toute contrainte lors du raccordement et du serrage, mais pas au point de frotter ou de vibrer contre un tuyau ou une autre surface. Les longs tronçons de flexibles doivent être serrés contre la machine à l'aide d'une des nombreuses technologies disponibles. Les fabricants proposent des blocs, des selles, des colliers et diverses technologies, soudés ou boulonnés à la machine, pour serrer soigneusement le tuyau.

les colliers doivent être utilisés pour soutenir correctement le tuyau. cela les empêche de s'agiter lorsqu'ils sont sous pression et il n'y a pas de contrainte inutile sur les raccords. Image gracieuseté de LunchBox Sessions

Lors de l'installation de longueurs de tuyau sur de tels systèmes, veillez à éviter un serrage excessif du collier ou du tuyau entre les connexions. Pour gérer les cycles de pression et de température, il convient de conserver un léger jeu entre chaque point de connexion tout en évitant un serrage excessif qui pourrait endommager la couche de couverture ou de renfort. Lorsqu'il est impossible d'empêcher les flexibles de frotter contre des surfaces dures ou d'autres flexibles, installez chaque flexible avec une enveloppe protectrice conçue pour réduire l'usure et la friction. Ceux-ci peuvent également protéger contre les dommages ambiants ou environnementaux, tels que les retombées industrielles ou les rayons UV, et doivent également être utilisés lorsque les tuyaux sont acheminés à l'intérieur de canaux ou de poutres.

Lorsque le concepteur hydraulique considère son rôle comme complet, chaque couche de la conception de la machine – du schéma d'origine au produit fini – doit être intelligemment planifiée et organisée pour la conception la plus efficace, la plus économique et la plus efficace possible. Les flexibles semblent élémentaires, mais le reste de la machine importe peu lorsque des flexibles éclatés ou endommagés affectent votre système hydraulique.

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