Empêcher l'expansion des tuyaux hydrauliques :Guide d'expert

Par Josh Cosford, rédacteur en chef

Je parie que vous ne saviez même pas que l’expansion des tuyaux était une chose, n’est-ce pas ? Bien sûr, nous savons que les tuyaux hydrauliques sont principalement fabriqués à partir de caoutchouc synthétique, qui est souple et souple. En effet, l’intérêt de l’utilisation du caoutchouc est d’ajouter de la flexibilité aux options d’acheminement de la plomberie, au propre comme au figuré. La chambre à air en caoutchouc et la couche de recouvrement constituent le pain pas si délicieux que la viande de renforcement de notre sandwich au tuyau. La combinaison est à la fois solide et flexible, mais n'est pas à l'abri de l'expansion.

L'expansion du tuyau se produit lorsque le diamètre intérieur du tube augmente sous pression malgré le support de la ou des couches de renfort en acier, en fibre synthétique ou en textile. Bien que le renfort s'étire un peu, l'expansion du tuyau est à la fois linéaire et radiale :à mesure que le tuyau s'allonge légèrement tandis que le tube se comprime sous pression, le diamètre interne augmente effectivement à mesure qu'il est pincé entre l'huile et le renfort.

Le type de couche de renfort interne a le plus grand impact sur la maîtrise de la dilatation du tuyau.

L'expansion des tuyaux est une mauvaise nouvelle pour plusieurs raisons, en particulier dans les applications précises de contrôle de mouvement fonctionnant à haute pression. Dans les systèmes dotés d'actionneurs à grande vitesse et de haute précision, de longs tronçons de flexibles ajoutent de l'élasticité à l'huile hydraulique, réduisant ainsi son module d'élasticité effectif (la résistance de l'huile à la compression). Dans les applications de haute précision, une légère réduction de la rigidité induite par les flexibles est parfois bénéfique, car elle contribue à réduire les pics de pression et à fournir un amortissement lors du fonctionnement à haute fréquence.

Cependant, il est facile d'obtenir trop de bonnes choses ici, car l'expansion du tuyau entraîne des performances lentes, un mauvais contrôle et même une augmentation de la chaleur car le caoutchouc génère sa propre friction interne induite par la déformation. Les applications contrôlées par servovalve ne fonctionnent pas comme l'hydraulique standard :une pression est toujours appliquée des deux côtés d'un piston, et le mouvement fonctionne en contrôlant le différentiel, et pas seulement en expulsant un orifice vers le réservoir. Cela maintient l'actionneur dans un état de tension facile à accélérer et à contrôler avec précision.

La pression peut circuler des dizaines de fois par seconde entre l’orifice du capuchon et l’orifice de travail, élargissant à chaque fois le tube du tuyau et réduisant les performances. Chaque fois que le caoutchouc se comprime, il stocke également de l’énergie et la libère à mesure que l’état de pression change. Mais il existe des moyens de l'atténuer, et même une méthode extrême pour l'éliminer.

Certains types de tuyaux sont plus sujets à la dilatation. Vous pouvez donc commencer par sélectionner un tuyau plus résistant lors de la conception de la machine. Le tuyau tressé est très flexible et les versions modernes du tuyau tressé 100R17 seront supérieures à l'ancienne construction 100R2, en particulier compte tenu de la nature isobare du R17 (toutes les tailles sont généralement évaluées à 4 000 psi). Pour une résistance ultime à l'expansion, choisissez un tuyau spiralé 100R12 ou 100R13 avec quatre ou six couches de renfort. Les enroulements en spirale peuvent mieux contenir la force radiale que les renforts tressés, éliminant ainsi un peu de flexibilité vers l'extérieur.

Et, bien sûr, un tuyau plus court aura moins de surface globale à dilater. Lors de l'installation d'actionneurs, essayez d'installer les vannes aussi près que possible des actionneurs. Cela permet d'obtenir un système plus réactif non seulement en raison de la surface réduite du caoutchouc, mais également parce qu'il élimine la masse supplémentaire d'huile entre la soupape et le cylindre qui doit être accéléré.

Enfin, pour éliminer complètement la dilatation du tuyau, il suffit de le retirer. Vous pouvez raccorder votre actionneur à l'aide d'un tube en acier à haute résistance, beaucoup plus rigide qu'un tuyau hydraulique. Vous pouvez également monter la servovalve ou la vanne proportionnelle directement sur le cylindre, ce qui nécessite juste un court trajet de plomberie vers les deux ports de travail. Cela est utile lorsque les ports de travail de la vanne sont équidistants des ports de travail du cylindre, maintenant ainsi un volume de fluide égal dans les deux sens.

L’expansion des tuyaux est un sujet intéressant, et vous pourriez approfondir le sujet beaucoup plus profondément que ce que j’ai pu élucider ici. Les effets de conformité peuvent être modélisés pour inclure divers paramètres, notamment le module de volume de l'huile, la masse de charge et la dynamique des soupapes susmentionnés, et ne vous embêtez pas à les examiner si vous n'êtes pas doué en calcul différentiel. L'essentiel est que vous devez prendre en compte l'expansion des tuyaux dans vos conceptions hautes performances et, si nécessaire, l'arrêter dans son élan.

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