A vérin hydrauliquepeut fonctionner sans problème sur la majeure partie de sa course et néanmoins endommager une machine en fin de course. La défaillance apparaît souvent sous la forme d'un coup dur, d'un cadre vibrant, d'un pic de pression, d'une goupille de montage desserrée ou d'un joint qui commence à fuir plus tôt que prévu.
Le problème n’est généralement pas que le cylindre manque de force. Cela signifie que la masse en mouvement n'a pas été décélérée de manière contrôlée avant que le piston n'atteigne le couvercle d'extrémité.
L’amortissement des vérins hydrauliques est la méthode d’ingénierie utilisée pour réduire cet impact final. Un coussin crée un chemin d'écoulement restreint vers la fin de la course. Lorsque le piston pénètre dans la zone d'amortissement, l'huile est forcée à travers la restriction. La résistance qui en résulte absorbe une partie de l'énergie en mouvement et ralentit le piston avant le contact mécanique.
Cette explication est simple. Une conception correcte ne l’est pas. Un coussin trop ouvert peut permettre au piston de heurter le couvercle. Un coussin trop restrictif peut créer un pic de pression, une chaleur excessive ou un retard de cycle inacceptable. Le bon réglage dépend de la vitesse, de la charge, de la viscosité de l'huile, de la pression, de la température, du montage et du circuit complet.
Un amortissement ne rend pas le cylindre « mou » partout dans la course. Il n'agit que pendant la partie finale de l'extension, de la rétraction ou des deux, selon la conception du vérin.
Le coussin contrôle trois événements connectés :
Si l’une de ces trois conditions est ignorée, l’ajustement devient un essai et une erreur. L'opérateur peut fermer la vanne à pointeau pour supprimer l'impact, uniquement pour créer un problème de pression ailleurs.
La charge approchant de la fin de la course transporte de l'énergie cinétique. Sous une forme simplifiée :
oùmest la masse mobile effective etvest la vitesse du piston au début de la décélération.
Le carré de la vitesse compte. Si la vitesse augmente, l’énergie à contrôler augmente plus vite que la vitesse elle-même. Un cylindre voyageant deux fois plus vite n’a pas simplement besoin de deux fois plus de capacité d’amortissement ; l'énergie de déplacement peut être environ quatre fois plus élevée lorsque la masse effective reste inchangée.
C'est pourquoi un coussin qui travaille sur un banc d'essai non chargé peut échouer lorsque le vérin est connecté à une flèche, un toboggan, un plateau ou une structure de levage. La machine ajoute de la masse mobile et peut également ajouter de la gravité, de l'énergie mécanique stockée et un effet de levier changeant.
Le calcul n'est qu'une première vérification. Les équipements réels doivent également prendre en compte les effets du frottement, de la direction de la charge, de l'air emprisonné, de la compressibilité de l'huile et de la réponse des valves.
Un agencement de coussin courant utilise une lance ou un manchon de coussin pénétrant dans un alésage correspondant dans le couvercle d'extrémité. Le mouvement du piston ferme le chemin de retour normal et laisse un passage contrôlé plus petit pour l'huile.
La séquence est normalement :
- Le piston parcourt la course principale avec une restriction relativement faible.
- La lance coussinée pénètre dans la cavité du couvercle d'extrémité.
- La surface de sortie d'huile disponible diminue.
- La contre-pression augmente du côté coussin du piston.
- Le piston décélère avant contact mécanique.
- Vers la fin de la course, un clapet anti-retour ou un chemin de dérivation permet un mouvement plus rapide dans la direction opposée, selon la conception.
La géométrie doit être propre et concentrique. Une lance endommagée, une cavité contaminée ou un jeu incorrect modifie la zone d'écoulement. Le vérin peut alors amortir de manière inégale même lorsque le réglage externe n'a pas bougé.
Un coussin réglable permet au technicien de modifier la restriction en fonction de la machine. C'est utile lorsque la charge, la température de l'huile ou la vitesse du cycle changent. Il n'est pas permis d'opérer en dehors des valeurs nominales des cylindres et des circuits.
Une procédure de réglage pratique doit suivre une séquence contrôlée :
Utilisez la position de départ approuvée pour le réglage du coussin. Ne commencez pas avec le dispositif de réglage complètement fermé. Un passage totalement restreint peut générer une montée en pression avant que l’opérateur ne comprenne ce qui se passe.
Si la conception de la machine le permet, tester le mouvement à vitesse réduite et sans personnel inutile à proximité de la structure en mouvement. Confirmez le sens du mouvement, l'emplacement de fin de course et la méthode d'arrêt d'urgence disponible.
Enregistrez le réglage d'origine. Effectuez un petit changement, répétez le même mouvement et observez l'impact, le temps d'arrêt, le comportement en pression et la température. Si l'opérateur modifie simultanément le débit de la pompe, le réglage du coussin et le calage des soupapes, le résultat ne peut pas être attribué à une seule cause.
L'extension et la rétraction n'ont pas toujours la même charge effective. Un cylindre vertical peut être assisté par la gravité dans un sens et opposé par la gravité dans l'autre. Un coussin acceptable lors de l'extension peut être trop agressif lors de la rétraction.
| Symptôme sur le terrain | Cause possible à enquêter | Premier chèque |
|---|---|---|
| Coup dur à plein régime | Coussin trop ouvert, coussin non engagé, vitesse excessive | Confirmer l'engagement du coussin et les marques de contact du couvercle d'extrémité |
| Mouvement final lent | Restriction trop serrée, huile froide, chemin d'écoulement sous-dimensionné | Comparez la température et la pression de l'huile pendant l'amortissement |
| Pic de pression en fin de course | Restriction excessive, air emprisonné, mauvaise réponse du circuit de secours | Surveiller la pression avec le point de test et la valeur nominale corrects |
| Comportement différent à chaud | La viscosité de l'huile change avec la température, les fuites internes ou la sensibilité de réglage | Répétez le test à température de fonctionnement stable |
| Le coussin fonctionne dans un seul sens | Coussin unilatéral, problème de clapet anti-retour ou charge inégale | Inspectez les circuits de coussin et la direction de la charge. |
| Le coup reste après réglage | Un jeu mécanique ou un mouvement du cadre peut être impliqué | Inspecter les broches, les bagues, les supports et les butées dures |
Le tableau est un guide de dépannage, pas un diagnostic. Un même symptôme peut avoir plusieurs causes. Un cylindre ne doit pas être modifié avant que les causes côté machine n'aient été vérifiées.
Un coussin ne peut pas compenser un circuit de commande inadapté. Les éléments suivants peuvent modifier le comportement en fin de course :
Le dispositif de contrôle du débit détermine la rapidité avec laquelle le cylindre s'approche de la zone de coussin. Les dispositifs de comptage à l'entrée et à la sortie se comportent différemment lorsque la charge dépasse. Le choix correct dépend de la direction de la charge et du risque de mouvement incontrôlé.
Lorsque la résistance du coussin augmente, la pression peut augmenter rapidement. La soupape de décharge doit protéger le circuit sans permettre au piston de s'arrêter de manière imprévisible. Le réglage, la réponse et l'emplacement de la vanne doivent être examinés en fonction de la pression nominale de la bouteille.
Les charges verticales ou suspendues peuvent nécessiter un dispositif de contrôle de charge. Un coussin est un dispositif de décélération ; il ne remplace pas une fonction de maintien de charge ou de contrepoids correctement conçue.
L'air peut rendre le mouvement final élastique, bruyant et incohérent. Avant de juger le coussin, purgez le système conformément à la procédure de la machine et vérifiez s'il y a une entrée d'air côté aspiration ou un niveau bas du réservoir.
La restriction est affectée par la viscosité du fluide. Un réglage établi avec de l'huile froide peut se comporter différemment une fois que la machine a atteint sa température de fonctionnement. La mise en service doit inclure une vérification du cycle de réchauffement, et pas seulement un test de premier démarrage.
Lors de la commande d'un vérin hydraulique personnalisé, les données suivantes doivent être envoyées au fabricant du vérin :
- Masse mobile efficace
- Vitesse requise avant la zone d'amortissement
- Direction de la charge d'extension et de rétraction
- Course et longueur de coussin disponible
- Pression de travail et de pointe
- Type de fluide hydraulique et plage de température
- Débit de la pompe et disposition des vannes
- Style de montage et conditions d'alignement
- Temps de cycle requis
- Si un amortissement est nécessaire lors de l'extension, de la rétraction ou des deux
Un dessin doit identifier l'emplacement du coussin, l'accès au réglage, la position du port, les dimensions de montage et toute butée mécanique. « Avec coussin » ne constitue pas une spécification technique complète.
Si une machine a fonctionné avec des chocs répétés en fin de course, inspectez plus que le joint du cylindre. Vérifier:
- Goupilles de montage d'extrémité de tige et d'extrémité de capuchon
- Douilles et alésages de chape
- Supports de montage soudés
- Butées mécaniques
- Raccords de tuyaux et colliers de serrage
- Rectitude de la tige du vérin et état de surface
- Marques d'extrémité autour de la cavité du coussin
- Enregistrements de température et de pression d'huile
Une butée dure transfère l’énergie dans la structure complète. Remplacer le cylindre sans corriger une goupille desserrée, un support mal aligné ou un réglage incorrect de la vanne ne peut que déplacer la panne vers l'unité de remplacement suivante.
Certaines machines nécessitent une solution différente. Si la charge doit s'arrêter à plusieurs positions, une commande proportionnelle externe, un freinage hydraulique ou un circuit de contrôle de mouvement dédié peuvent être plus adaptés. Si le vérin est utilisé comme butée structurelle, une butée mécanique devra peut-être être repensée plutôt que de demander au coussin d'absorber une charge anormale.
La bonne question n’est pas « Le coussin du cylindre peut-il masquer l’impact ? » La question est : « Où l’énergie en mouvement doit-elle être contrôlée et comment le système prouvera-t-il qu’elle est contrôlée de manière cohérente ? »
L’amortissement du vérin hydraulique est une petite partie d’un cylindre, mais il se situe au point où le mouvement devient force. Une conception correcte commence par le déplacement de la masse et de la vitesse, puis se poursuit par la géométrie du coussin, la restriction du débit, la protection des circuits, la température et l'alignement de la machine.
Pour un projet OEM ou de remplacement, fournissez les données réelles de charge, de vitesse, de course, de pression, d'huile et de montage. Un fabricant de vérins peut alors revoir les exigences en matière d'amortissement dans le cadre de l'ensemble hydraulique complet au lieu de les traiter comme une option standard.
Si votre cylindre frappe fort en fin de course, envoyez le dessin du cylindre, la pression de fonctionnement, le débit, la course, la vitesse de cycle et une brève description de la charge. HCIC peut examiner les spécifications du cylindre et les conditions d'application avant qu'un remplacement ou une conception personnalisée ne soit proposé.
