Chapitre 1
Chapitre 1
Chapitre 1
: HYDRAULIQUE INDUSTRIELLE
E Les actionneurs hydrauliques
Ali MAKOSSO
[nom de la société]
SOMMAIRE
Chapitre 1 : Généralités sur l'Hydraulique
I. Définition de l'Hydraulique
A. Pression
B. Débit
I. Généralités
D. Types d'écoulements
A. Écoulement laminaire
B. Écoulement turbulent
C. Écoulement de transition
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Chapitre 10 : Les Actionneurs
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CHAPITRE 1: GENERALITES SUR L'HYDRAULIQUE
I. DEFINITION DE L’HYDRAULIQUE
L'hydraulique est une branche de la science et de la technologie qui étudie les propriétés et
les comportements des fluides, en particulier des liquides, et leur utilisation pour générer,
contrôler et transmettre l'énergie. Elle repose sur les principes fondamentaux de la
mécanique des fluides et trouve des applications dans de nombreux domaines, notamment
l'ingénierie, l'automobile, l'aérospatiale, la construction, et bien d'autres.
- Industrie : L'hydraulique est largement utilisé dans l'industrie pour alimenter des machines-
outils, des presses, des cisailles, des machines d'injection plastique, et bien d'autres
équipements.
- Construction : Les équipements de construction tels que les pelles hydrauliques, les
bulldozers, les chargeuses sur pneus, les grues et les plateformes élévatrices utilisent des
systèmes hydrauliques pour le levage, la poussée, le basculement et d'autres opérations.
- Aérospatiale : Les systèmes hydrauliques sont utilisés dans les avions et les engins spatiaux
pour actionner les volets, les gouvernes et d'autres systèmes de commande.
- Agriculture : L'hydraulique est utilisé dans les équipements agricoles tels que les tracteurs,
les moissonneuses-batteuses et les presses à balles pour effectuer diverses opérations telles
que le levage, le basculement et la propulsion.
- Pression :La pression hydraulique est la force exercée par un fluide sur une surface donnée,
avec pour unités le pascal (Pa), le bar ou le psi (livre par pouce carré). La pression est
essentielle pour générer la force nécessaire pour déplacer des charges et effectuer un travail
mécanique.
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- Débit : Le débit hydraulique est la quantité de fluide qui passe à travers un point donné
dans un système hydraulique par unité de temps, il est mesuré en litres par minute (l/min)
ou les gallons par minute (gpm). Le débit permet déterminer la vitesse à laquelle le fluide
circule à travers le système et pour assurer le bon fonctionnement des équipements.
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CHAPITRE 2 : Les Écoulements des Fluides
I. Généralités
A. Introduction aux Concepts Fondamentaux
Les écoulements des fluides sont un domaine crucial de l'hydraulique qui étudie le
mouvement des fluides, tels que l'eau et l'air. Comprendre les principes des écoulements
des fluides est essentiel pour concevoir et optimiser les systèmes hydrauliques et
pneumatiques.
D. Types d'Écoulements
Les écoulements des fluides peuvent être classés en différents types, tels que les
écoulements laminaire, turbulent et de transition. Chaque type d'écoulement a ses propres
caractéristiques en termes de régularité, de stabilité et de comportement.
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B. Écoulement de Transition
L'écoulement de transition est un état intermédiaire entre l'écoulement laminaire et
l'écoulement turbulent. Il se produit lorsque les conditions d'écoulement changent, par
exemple lorsque la vitesse ou le diamètre de la conduite est modifié.
C. Écoulement Turbulent
Dans un écoulement turbulent, les particules de fluide se déplacent de manière chaotique et
désordonnée, provoquant la formation de tourbillons et de vortex. C'est un régime
d'écoulement instable, souvent observé à haute vitesse et dans des conduites de grand
diamètre.
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III. Théorème de Bernoulli pour un Fluide Réel
A. Énoncé du Théorème de Bernoulli
Le théorème de Bernoulli établit une relation entre la pression, la vitesse et l'altitude d'un
fluide en mouvement. Il stipule que la somme de la pression statique, de la pression
dynamique et de la pression hydrostatique reste constante le long d'une ligne de courant.
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B. Prise en Compte des Pertes d'Énergie
Lorsque le fluide est réel, la viscosité est non nulle, alors au cours du déplacement du fluide,
les différentes couches frottent les unes contre les autres et contre la paroi qui n’est pas
parfaitement lisse d’où il y a une perte sous forme de dégagement d’énergie ; cette perte
appelée perte de charge.
La relation de Bernoulli peut s’écrire sous la forme :
ΔH1,2 : c’est l’ensemble des pertes de charge entre (1) et (2) exprimé en hauteur.
Les pertes de charge peuvent être exprimées en pression: Δp1,2 = ρ.g. ΔH1,2
Dans les écoulements réels, des pertes d'énergie se produisent en raison de la viscosité du
fluide et des frottements avec les parois de la conduite. Ces pertes doivent être prises en
compte pour une application correcte du théorème de Bernoulli. Il se calcule par la formule
ci-dessous :
Friction le Long des Parois :La friction entre le fluide et les parois de la conduite entraîne
des pertes d'énergie, qui se manifestent sous forme de diminution de la pression et de la
vitesse du fluide le long du parcours.
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Changements de Direction :Les changements brusques de direction dans la conduite
entraînent des turbulences et des tourbillons, ce qui augmente les pertes d'énergie et réduit
l'efficacité du système.
Changements de Section :Les changements de section dans la conduite, tels que les
élargissements ou les rétrécissements, modifient la vitesse du fluide et créent des zones de
pertes d'énergie supplémentaires.
Si 2000<Re<3000, le régime est transitoire. Il peut basculer d’un état à l’autre, il est donc bon
de faire le calcul des deux états pour évaluer le comportement possible du fluide.
Si Re>3000, le régime est turbulent. Dans le cas des écoulements de turbulence lisse, on
utilisera La formule de Blasius (2000 < Re < 105)
On peut aussi utiliser la formule de Colebrook-White pour décrire tous les types d'écoulement
turbulents dans des canalisations en charge.
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CHAPITRE 10 : Les Actionneurs
La génération d’une grande puissance et une force élevée, ce qui les rendent idéals
pour certaines applications.
Le contrôle précis du mouvement grâce à la régulation du débit hydraulique.
La fiabilité et la durabilité
La résistance à des conditions environnementales difficiles telles que la chaleur, le
froid, l’humidité ; ce qui les rend adaptés à divers environnements de travail.
un cylindre dans lequel se déplace le piston, celui-ci est divisé en deux chambres
(côté sortie tige et côté fon fond du vérin. Lorsque la pression hydraulique est
appliquée au fond du vérin, celle-ci pousse le piston et déplace la tige vers l’extérieur
du vérin.
Une valve d’admission qui permet la sortie du fluide lorsque le piston doit revenir à
sa position initiale.
2. Mécanisme de conversion de l'énergie hydraulique en mouvement linéaire
Lors de l’aspiration de l’huile par la pompe, celle-ci se retrouve comprimé pour créer une
pression élevée dans le système. Cette pression ainsi générée est transmise à travers des
conduits et distribué au vérin . une fois la pression appliquée au vérin, elle agit sur le piston à
l’intérieur du cylindre poussant ainsi le piston dans une direction selon la configuration du
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système entrainant le déplacement de la tige attaché à celle-ci . Ce mouvement linéaire de la
tige constitue l’énergie mécanique produite par le vérin.
Vérins Doubles Effets : Les vérins doubles effets peuvent effectuer un mouvement dans les
deux sens. La pression hydraulique est utilisée pour pousser le
piston dans les deux directions, ce qui permet un contrôle précis
du mouvement aller-retour.
- Levage de charges lourdes dans les équipements de construction, les grues et les plates-
formes élévatrices.
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A. Fonctionnement des Moteurs Hydrauliques :
Les moteurs hydrauliques fonctionnent sur le principe de la pression hydraulique pour
générer un mouvement rotatif. Ils se composent généralement d'un rotor, d'un stator et
d'un système de distribution hydraulique. Lorsque le fluide hydraulique est introduit dans le
moteur, il exerce une pression sur les palettes, les pistons ou les engrenages du rotor, ce qui
entraîne sa rotation. Cette rotation est ensuite transmise à l'arbre de sortie pour effectuer
un travail mécanique.
La cylindrée du moteur à cylindrée fixe reste constante pendant son fonctionnement, ce qui
signifie que le volume des chambres de travail ne change pas. Par conséquent, le volume du
fluide hydraulique entrant dans le moteur est égal au volume de fluide sortant, ce qui
garantit que 2la vitesse de rotation de l'arbre de sortie reste constante.
Les moteurs hydrauliques à cylindrée fixe peuvent prendre différentes formes en fonction de
la conception et des composants internes utilisés. Voici quelques-uns des types les plus
courants :
Moteurs à Pistons Axiaux : Ces moteurs utilisent des pistons montés axialement autour
d'un arbre central pour convertir l'énergie hydraulique en mouvement rotatif. La
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pression du fluide hydraulique pousse les pistons à se déplacer et à entraîner la rotation
de l'arbre de sortie.
Moteurs à Pistons Radiaux : Ces moteurs utilisent des pistons
montés radialement autour d'un arbre central pour générer un
mouvement rotatif. La pression du fluide hydraulique pousse les
pistons à se déplacer le long d'un trajet circulaire, entraînant la
rotation de l'arbre de sortie.
Les moteurs hydrauliques à cylindrée fixe sont utilisés dans une variété d'applications où une
vitesse de rotation constante est nécessaire, notamment :
- Systèmes de propulsion dans les véhicules mobiles, tels que les pelles hydrauliques, les
bulldozers et les grues mobiles.
- Systèmes de transmission de puissance dans les machines industrielles, les presses, les
cisailles et les équipements de levage.
- Applications agricoles, telles que les machines agricoles, les presses à balles et les
équipements de récolte.
- Utilisation dans les équipements marins, les systèmes de forage et les installations
offshore.
Les moteurs hydrauliques à cylindrée fixe offrent plusieurs avantages, notamment une
vitesse de rotation constante, un couple élevé, un contrôle précis du mouvement, une
fiabilité élevée, une compacité et une efficacité énergétique.
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2. Moteur à cylindrée fixe avec drain
Les moteurs hydrauliques à cylindrée fixe avec drain sont une variante des moteurs à
cylindrée fixe. Contrairement aux moteurs à cylindrée fixe standard, ces moteurs sont
conçus pour permettre au fluide hydraulique de s'écouler librement lorsqu'il n'y a pas de
charge appliquée sur le moteur. Cette caractéristique les rend particulièrement adaptés aux
applications où un déplacement de charge variable est fréquent, tout en assurant une
consommation d'énergie minimale lorsqu'aucun travail n'est effectué.
Moteur à un sens de Moteur à 2 sens de
rotation rotation
Le fonctionnement de base des moteurs à cylindrée fixe avec drain est similaire à celui des
moteurs à cylindrée fixe conventionnels. Lorsqu'une charge est appliquée sur le moteur, le
fluide hydraulique est injecté dans les chambres de travail du moteur, ce qui entraîne le
mouvement rotatif de l'arbre de sortie.
Cependant, lorsque la charge appliquée sur le moteur diminue ou est relâchée, les moteurs à
cylindrée fixe avec drain permettent au fluide hydraulique de s'écouler librement à travers
un drain, plutôt que de rester piégé dans les chambres de travail du moteur. Cela évite une
accumulation de pression inutile et réduit la consommation d'énergie du moteur lorsque la
charge est faible ou nulle.
Système de Drainage : Les moteurs à cylindrée fixe avec drain sont équipés d'un système de
drainage intégré qui permet au fluide hydraulique de s'écouler librement lorsque la charge
est faible ou nulle. Cela permet de réduire la consommation d'énergie et de prévenir les
dommages potentiels dus à une surpression.
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Adaptabilité aux Charges Variables : Ces moteurs sont particulièrement adaptés aux
applications où les charges appliquées sur le moteur varient fréquemment, car ils peuvent
ajuster automatiquement leur consommation d'énergie en fonction du niveau de charge.
Les moteurs hydrauliques à cylindrée fixe avec drain sont utilisés dans une variété
d'applications où des charges variables sont courantes et où une consommation d'énergie
minimale est souhaitée. Quelques exemples d'applications typiques incluent :
- Systèmes de propulsion dans les véhicules mobiles, tels que les pelles hydrauliques et les
bulldozers.
- Systèmes de levage et de manutention dans les machines industrielles, les grues et les
plates-formes élévatrices.
- Applications agricoles, telles que les machines agricoles et les équipements de récolte.
Les moteurs hydrauliques à cylindrée variable avec drain fonctionnent en ajustant la taille de
la cylindrée interne du moteur, ce qui contrôle la quantité de fluide hydraulique admise dans
les chambres de travail. Cette capacité de réglage permet de modifier la vitesse de rotation
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de l'arbre de sortie et le couple généré par le moteur en fonction des besoins de
l'application.
Lorsque la charge appliquée sur le moteur diminue ou est relâchée, le système de drainage
permet au fluide hydraulique de s'écouler librement, évitant ainsi une accumulation de
pression inutile et réduisant la consommation d'énergie du moteur.
Adaptabilité aux Charges Variables : Ces moteurs sont particulièrement adaptés aux
applications où les charges appliquées sur le moteur varient fréquemment, car ils peuvent
ajuster automatiquement leur cylindrée et leur consommation d'énergie en fonction du
niveau de charge.
Les moteurs hydrauliques à cylindrée variable avec drain sont utilisés dans une variété
d'applications nécessitant une régulation précise de la vitesse de rotation et du couple du
moteur, ainsi qu'une efficacité énergétique maximale. Quelques exemples d'applications
typiques incluent :
- Systèmes de propulsion dans les véhicules mobiles, tels que les pelles hydrauliques, les
chargeuses sur pneus et les bulldozers.
- Systèmes de levage et de manutention dans les machines industrielles, les grues et les
plates-formes élévatrices.
- Applications agricoles, telles que les machines agricoles et les équipements de récolte.
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Type de Mouvement Linéaire Rotatif
Flexibilité
Adapté aux mouvements linéaires Adapté aux mouvements rotatifs
d'Application
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