Qu'est-ce que la microhydraulique et où est-elle utilisée ?

Ajouter à mes favoris

Voir la traduction automatique

#Actualités du secteur

{{{sourceTextContent.title}}}

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

{{{sourceTextContent.description}}}

Les systèmes d'alimentation par fluide se distinguent par leur densité de puissance élevée, ce qui permet d'obtenir une force et un couple élevés à partir de composants relativement petits par rapport aux systèmes électromécaniques. La microhydraulique permet d'exercer une force importante à partir d'une source d'énergie minimale dans un espace très restreint. Ainsi, elle peut apporter une solution simple à des problèmes qui dépassent souvent les limites des options mécaniques traditionnelles.

Dans de nombreux cas, ces systèmes sont parfaitement adaptés à des applications aussi diverses que les équipements médicaux orthopédiques et prothétiques, les ascenseurs à assistance humaine, les exosquelettes, les outils à main, les robots de sauvetage, les avions et missiles, les voitures de course et les instruments océanographiques.

Les ingénieurs pourraient être tentés de simplement réduire la taille des composants commerciaux typiques lorsqu'il est nécessaire de contrôler le mouvement et la force dans de très petits systèmes électriques. Cependant, la réalité est un peu plus complexe car les lois d'échelle ne sont pas intuitives, selon les chercheurs Jicheng Xia et William Durfee de l'Université du Minnesota.

Par exemple, ils notent que dans un cylindre, la force est proportionnelle à la surface (L2) tandis que le poids est proportionnel au volume (L3). D'autre part, l'épaisseur et le poids d'une paroi de cylindre nécessaire pour contenir une pression ﬁxed diminue avec la taille de l'alésage. Ainsi, le poids d'un système hydraulique à petite échelle ne peut pas être déterminé par une mise à l'échelle proportionnelle d'un grand système.

De plus, les principes fondamentaux associés à la mise en place d'un système ﬂow sous pression exigent des pressions élevées pour permettre des taux élevés de ﬂow par l'intermédiaire de canaux microscopiques. Dans des conditions d'écoulement laminaire, une diminution d'ordre de grandeur du diamètre hydraulique d'un canal augmente de deux ordres de grandeur la différence de pression nécessaire pour maintenir une vitesse moyenne constante.

Une autre barrière critique pour l'augmentation de la densité de puissance hydraulique à efﬁciency raisonnable est les joints d'étanchéité. Les effets de surface tels que la traînée de frottement des joints et la traînée visqueuse des interstices deviennent signiﬁcant dans les petits trous et cela a un impact global sur efﬁciency. Trop serré et le frottement domine ; trop lâche et le ﬂuid pressurisé fuira au-delà du joint. Le coût et la consommation d'énergie sont également des considérations importantes. Heureusement, un certain nombre de fabricants ont conçu ou remanié des composants hydrauliques pour travailler à l'échelle "miniature".

A titre d'exemple, Bieri Hydraulik, une unité d'Hydac International basée à Liebefeld, en Suisse, fabrique six versions standard de pompes à pistons micro-axiaux de type AKP conçues avec trois ou cinq pistons. Par exemple, la pompe AKP36 à 5 pistons ne mesure que 1,4 po. (36 mm) de diamètre par 3,9 po (3,9 po) de diamètre. (99 mm) de long. Il a une cylindrée de 0,36 cm3/tour avec une pression maximale de 250 bar et une vitesse de rotation maximale de 4 000 tr/min.

Les unités silencieuses offrent un rendement volumétrique élevé, même à une vitesse minimale de 100 tr/min. Ils sont commandés par des soupapes du côté pression et aspiration, ils ne sont donc pas adaptés comme moteurs. Les petites unités sont utilisées dans les applications offshore et pétrolières et gazières, dans les systèmes de comptage et dans les systèmes hydrauliques généraux à faibles déplacements.

Hydro Leduc (Azerailles, France) propose une gamme complète de micro-pompes à cylindrée fixe et variable, de micromoteurs (vitesses de 350 à 6 500 tr/min), de vannes de contrôle, de décompression, d'électrovannes et de pilotage, et de micropompes complètes pour fonctionner dans des environnements très variés.

Par exemple, sa micro-pompe à cylindrée fixe PB32 a un diamètre de corps de seulement 1,28 po. (32 mm) avec un déplacement aussi petit que 0,0007 po.3, une vitesse maximale de 5 000 tr/min en continu et 6 000 crête, et une pression maximale de 4 350 psi en continu et 5 075 psi en pointe. Une version PB33 HP légèrement plus grande a une cylindrée de 0,0027 po.3 et une pression nominale maximale continue de 13 050 lb/po2 et une crête maximale de 14 500 lb/po2 (1 000 bars).

La Lee Co. (Westbrook, Connecticut) fabrique une gamme de composants miniatures à haute performance pour le contrôle des fluides, y compris des bouchons d'expansion Lee Plug, des électrovannes, des limiteurs de débit, des écrans de sécurité, des soupapes de décharge et de retenue et des vannes d'inversion. Les régulateurs de débit de l'entreprise, pour ne citer qu'un produit typique, offrent un débit mesuré dans un sens et un débit libre dans l'autre. C'est ce qu'on appelle aussi un restricteur unidirectionnel. Dans la plus petite taille, le diamètre n'est que de 0,18 po, mais la pression nominale du système peut atteindre 3 000 lb/po2. D'autres produits de taille similaire comprennent des clapets anti-retour à clapet qui peuvent refouler un GPM à 25 psi et ont une pression nominale du système allant jusqu'à 4 000 psi ; et des soupapes de sûreté dont la pression de rupture varie de 20 à 100 psid et qui, dans certaines versions, traitent des pressions nominales du système pouvant atteindre 5 000 psi. Certains modèles miniatures de clapets anti-retour et de réducteurs peuvent même supporter des pressions de système allant jusqu'à 8 000 psi.

De même, des écrans de sécurité d'un diamètre aussi petit que 0,13 po aident à protéger les orifices, les soupapes de sûreté et autres composants hydrauliques sensibles. Les composants critiques sont souvent relativement à l'abri de faibles concentrations de contaminants de petite taille, mais une seule grosse particule peut causer une défaillance soudaine, ce qui peut avoir des effets catastrophiques. Alors que les filtres maintiennent la propreté du fluide pendant le fonctionnement, les écrans de sécurité offrent un niveau de protection supplémentaire. Les unités ont des tailles de trous de 0,0008 po à 0,062 po, et les versions haute pression n'éclateront pas ou ne s'écrouleront pas à des pressions de 7 500 psid, même si elles sont complètement bouchées.

SFC Koenig (North Haven, Connecticut) propose une gamme de bouchons, de régulateurs de débit, de clapets anti-retour et de composants associés. Les bouchons expansibles, par exemple, scelleraient les trous percés avec une excellente fiabilité. Ils sont disponibles dans des tailles allant de 0,093 à 0,875 po et ont une pression nominale de 450 bar (6 500 psi) pour les unités à pousser et de 500 bar (7 200 psi) pour les versions à tirer.

Les réducteurs en acier inoxydable de la société permettent un contrôle précis du débit dans les systèmes fluides et sont disponibles dans des dimensions aussi petites que 0,093 po. (4 mm) dans les styles expanseur et fileté, et supporte des pressions jusqu'à 2 900 psi (200 bar). L'orifice peut être spécifié pour atteindre les débits désirés. Clapets anti-retour, 0,216 po. (5,5 mm) de diamètre, à débit avant ou arrière, ont une pression de rupture de 2 à 29 psi (0,14 à 2 bar) et une pression de service maximale de 4 352 psi (280 bar).

Takako Industries, membre du groupe KYB basé à Kyoto, au Japon, prétend fabriquer la plus petite pompe à piston axial du monde. L'unité carrée TFH-040 ne mesure que 1,18 po. (30 mm) de largeur par 3,0 po (3,0 po) de largeur. (77 mm) de long et est conçu pour une pression de service maximale d'environ 140 bar (2 030 psi). Le déplacement est de 0,4 cc/tour, la vitesse d'entrée est de 2 000 tr/min, avec un débit de 0,8 l/min.

L'unité fait partie d'une famille de micro-pompes dotées d'un système d'entraînement hybride qui combine les avantages de l'hydraulique avec la possibilité de contrôle d'un servomoteur à courant alternatif et d'un onduleur pour satisfaire une large gamme de spécifications avec une pompe de petit volume. Les applications typiques, selon l'entreprise, comprennent une pompe pour les commandes de vannes, un équipement de commutation de moule pour les machines de formage, des pinces hydrauliques et des presses à sertir.