Les cylindres hydrauliques à tige unique et à tige double convertissent tous deux la pression du fluide en force et mouvement linéaires. Leur principale différence réside dans l'arrangement de la tige-piston : un cylindre à tige unique a une tige s'étendant d'un côté du piston, tandis qu'un cylindre à tige double a une tige s'étendant des deux côtés.
Cette différence structurelle modifie l'aire effective du cylindre, les forces d'extension et de rétraction, la vitesse de fonctionnement, les exigences en volume d'huile et l'enveloppe d'installation. Un cylindre à tige unique est généralement le choix le plus compact et économique, tandis qu'un cylindre à tige double est utile lorsque des forces et vitesses similaires sont requises dans les deux directions ou lorsque le mécanisme a besoin d'une connexion de tige des deux côtés.
Il est également important de ne pas confondre l'arrangement de la tige avec le type d'actionnement. Les termes à tige unique et à tige double décrivent le nombre d'extensions de tige, tandis que simple-édition et double-édition décrivent comment la pression hydraulique actionne le cylindre. Un cylindre à tige unique peut être à simple-édition ou à double-édition, et un cylindre à tige double est généralement — mais pas nécessairement — à double-édition.
Quelle est la différence entre un cylindre hydraulique à tige unique et un cylindre à tige double ?
Un cylindre hydraulique à tige unique a une tige de piston s'étendant d'une extrémité, créant différentes aires effectives, forces et vitesses lors de l'extension et de la rétraction. Un cylindre à tige double a des tiges s'étendant des deux extrémités. Lorsque les deux tiges ont le même diamètre, il offre une force et une vitesse approximativement égales dans les deux directions.
Qu'est-ce que les cylindres hydrauliques à tige unique et à tige double ?
Qu'est-ce qu'un cylindre hydraulique à tige unique ?
Un cylindre hydraulique à tige unique a une tige de piston connectée au piston et s'étendant à travers une tête de cylindre. L'extrémité opposée du cylindre est fermée par un capuchon.
Dans un cylindre à tige unique à double-édition, l'huile hydraulique peut être dirigée vers chaque côté du piston. Pressuriser l'extrémité du capuchon provoque l'extension de la tige de piston, tandis que pressuriser l'extrémité de la tige provoque sa rétraction.
Parce que la tige occupe une partie de la surface du piston du côté de la tige, les deux aires effectives sont différentes. L'aire complète du piston est disponible lors de l'extension, mais seule l'aire annulaire autour de la tige est disponible lors de la rétraction.
Ce design à aires inégales fait qu'un cylindre à tige unique produit différentes forces et vitesses dans les deux directions lorsque la même pression et le même débit sont fournis.
Qu'est-ce qu'un cylindre hydraulique à tige double ?
Un cylindre hydraulique à tige double a une tige de piston s'étendant à travers les deux têtes de cylindre. Dans un design conventionnel à tige égale, les deux sections de tige ont le même diamètre et sont connectées à travers le piston le long de la même ligne centrale.
Parce qu'une tige à diamètre égal occupe la même quantité de surface de piston des deux côtés, les aires de pression effectives sont égales. À la même pression et au même débit, le cylindre peut donc produire une force théorique et une vitesse approximativement égales dans chaque direction.
Un cylindre à tige double est parfois appelé un cylindre hydraulique à double extrémité ou un cylindre à aire égale.. Cependant, “ aire égale ” est exact seulement lorsque les tiges des deux côtés ont le même diamètre. Des cylindres à tige double spéciaux avec des diamètres de tige différents auront toujours des aires effectives inégales.
Bosch Rexroth, par exemple, propose des cylindres à tige configurable avec des tiges de piston des deux côtés, confirmant que la construction à tige double est une configuration de cylindre industriel disponible plutôt qu'un principe d'actionnement séparé. Configuration de cylindre à tiges doubles Bosch Rexroth
Cylindres hydrauliques à tige unique vs tige double : principales différences
| Élément de comparaison | Cylindre à tige unique | Cylindre à tiges doubles égal |
|---|---|---|
| Agencement des tiges | Tige s'étend d'un côté | Tige s'étend des deux côtés |
| Zones de piston efficaces | Différent des deux côtés | Égal des deux côtés |
| Force à pression égale | Force d'extension supérieure à la force de rétraction | Force similaire dans les deux directions |
| Vitesse à débit égal | La rétraction est plus rapide que l'extension | Vitesse similaire dans les deux directions |
| Volume d'huile par coup | Différent pour l'extension et la rétraction | Similaire dans les deux directions |
| Longueur d'installation | Plus compact | Nécessite de l'espace à chaque extrémité |
| Nombre de joints de tige | Normalement un | Normalement deux |
| Connexion à l'extrémité de la tige | Une connexion de tige externe | Deux connexions de tige externes |
| Comportement du circuit hydraulique | Débit et force différentiels | Un flux et une force plus équilibrés |
| Disponibilité typique | Très commun | Généralement spécifique à l'application |
| Coût relatif | Généralement inférieur | Généralement supérieur |
| Applications courantes | Levage, poussée, serrage et machines mobiles | Positionnement, direction, essais et mécanismes symétriques |
Comment l'arrangement des tiges affecte la force et la vitesse du cylindre
La force théorique générée par un cylindre hydraulique est déterminée par :
F=P×A
où :
- = force théorique du cylindre
- P = pression hydraulique
- A = zone de pression efficace
La force de sortie réelle sera légèrement inférieure en raison de la friction des joints, des pertes de pression et de la résistance mécanique.
Force d'extension du cylindre à tige unique
Lors de l'extension, la pression hydraulique agit sur la surface totale du piston :
où D est le diamètre du cylindre.
Force de rétraction du cylindre à tige unique
Lors de la rétraction, la tige de piston occupe une partie de la zone de pression :
où d est le diamètre de la tige de piston.
Puisque la zone annulaire est plus petite que la surface totale du piston, un cylindre conventionnel à tige unique produit moins de force théorique lors de la rétraction que lors de l'extension à la même pression.
Vitesse du cylindre à tige unique
Au même débit de pompe, le cylindre à tige unique se rétracte plus rapidement qu'il ne s'étend parce que la zone annulaire du côté de la tige est plus petite que la zone du piston au niveau du capuchon.
Force du cylindre à tige double
Pour un cylindre à double tige équivalent, les deux côtés ont la même zone annulaire :
Aeffectif = Ap− Ar
Les forces théoriques sont donc :
Si les diamètres de tige et les pressions hydrauliques sont égaux, la force théorique est identique dans les deux directions.
Cependant, un cylindre à double tige équivalent produit généralement moins de force dans les deux directions qu'un cylindre à tige unique de même alésage fonctionnant sur toute sa zone de capuchon.
Vitesse du cylindre à tige double
Dans un cylindre à double tige équivalent, la zone effective est la même des deux côtés :
Par conséquent, un débit égal produit une vitesse à peu près égale dans les deux directions. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les cylindres à double tige sont utilisés dans les systèmes de positionnement, de test et de réciprocité.
Exemple de comparaison de force
Considérez deux cylindres avec les dimensions suivantes :
- Diamètre de l'alésage : 80 mm
- Diamètre de la tige : 40 mm
- Pression de fonctionnement : 160 bars
La surface du piston est d'environ :
Ap=5,027 m㎡
La surface de la tige est d'environ :
Ar=1,257 m㎡
La surface annulaire est :
Ap−Ar=3,770m㎡
En ignorant les pertes, les forces théoriques approximatives sont :
| Mouvement du cylindre | Surface effective | Force théorique |
|---|---|---|
| Extension à tige simple | 5,027 mm² | 80,4 kN |
| Rétraction à tige simple | 3,770 mm² | 60,3 kN |
| Mouvement à tige double égal — dans les deux directions | 3,770 mm² | 60,3 kN |
Le cylindre à tige simple fournit environ 33% de force théorique supplémentaire lors de l'extension par rapport à la rétraction. Le cylindre à tige double égal fournit environ la même force de 60,3 kN dans les deux directions.
Ces valeurs sont théoriques. Une conception pratique doit tenir compte de la friction, des pertes de pression, de la direction de la charge, des pics de pression et de la marge de sécurité requise.
Volume d'huile et comportement du circuit hydraulique
Un cylindre à tige simple nécessite des volumes d'huile différents pour l'extension et la rétraction. L'extrémité de bouchon reçoit ou évacue plus d'huile par unité de course que l'extrémité à tige.
Cette différence de volume affecte le flux de valve, le flux de retour, le comportement du réservoir et la vitesse du cylindre. Dans certains circuits régénératifs, l'huile évacuée du côté tige peut être dirigée vers le côté bouchon pour augmenter la vitesse d'extension, bien que la force d'extension disponible soit réduite.
Un cylindre à tige double égal a des volumes de chambre à peu près égaux pour la même course des deux côtés. Le volume entrant dans une chambre est donc proche du volume sortant de l'autre chambre, simplifiant l'équilibrage des flux dans les applications nécessitant un mouvement réciproque symétrique.
“Un ” flux égal » ne garantit pas automatiquement un correspondance parfaite de vitesse en conditions réelles. La friction des joints, la direction de la charge, les pertes de pression dans les tuyaux, les caractéristiques des vannes et la résistance mécanique externe peuvent encore provoquer de petites différences.
Avantages et limites des cylindres hydrauliques à tige unique/double
Avantages des cylindres hydrauliques à tige unique
Les cylindres à tige simple sont le choix standard pour de nombreux systèmes mobiles et industriels car ils offrent une combinaison utile de force d'extension élevée, de dimensions compactes et de construction relativement simple.
Leur principal avantage pratique est qu'une seule côté nécessite un dégagement pour la tige de piston mobile. Cela les rend plus faciles à installer dans les chargeurs, les équipements agricoles, les systèmes de levage, les remorques, les presses et les machines de manutention.
Un cylindre à tige simple utilise également la pleine surface du pistons pour l'extension. Pour les applications où la course de travail principale est un mouvement de poussée ou de levage, cela permet d'obtenir plus de force à partir d'un diamètre donné.
Les cylindres à tige simple standard sont largement disponibles en construction soudée et à tige de liaison, avec de nombreuses combinaisons de diamètre, de course, de pression et de montage. Cela simplifie généralement le remplacement, la personnalisation et l'entretien.
Limites des cylindres hydrauliques à tige unique
Les zones effectives inégales créent des caractéristiques de force et de vitesse différentes dans les deux directions. Si l'application nécessite un mouvement identique dans les deux directions, le circuit hydraulique peut nécessiter des contrôles de flux, des vannes proportionnelles, un retour de position ou d'autres compensations.
La différence de volume de chambre signifie également que le flux de retour peut être plus élevé que le flux de la pompe lors de certains mouvements. Les vannes, les tuyaux et les lignes de retour doivent être dimensionnés pour le flux réel du circuit plutôt qu'uniquement pour le débit nominal de la pompe.
Dans des applications de compression à course longue, le flambage de la tige de piston doit être vérifié avec soin. Le diamètre de la tige, la longueur non supportée, l'agencement de montage, l'alignement de charge et le facteur de sécurité influent tous sur la résistance au flambage.
Avantages des cylindres hydrauliques à tige double
Un cylindre à tige double égal peut fournir une force et une vitesse similaires dans les deux directions lorsqu'il est alimenté avec une pression et un débit égaux. Ce comportement équilibré est précieux dans les machines qui effectuent un mouvement bidirectionnel répétitif.
La tige s'étendant des deux côtés peut également améliorer le guidage mécanique ou permettre au cylindre de se connecter à deux composants mobiles. Une extrémité de tige peut entraîner la charge tandis que l'autre fait fonctionner un capteur, un arrêt mécanique, un lien ou un mécanisme d'indication de position.
Étant donné que les volumes de chambre sont à peu près égaux, les cylindres à tige double sont utiles dans les systèmes hydrauliques où un flux équilibré simplifie le contrôle. Des exemples typiques comprennent les machines de test, les systèmes de positionnement, les mécanismes de direction, les alimentations d'outils de machine et l'actionnement de vannes spécialisées.
AISOAR a également utilisé un cylindre à tige double personnalisé dans un projet de contrôle de fluide d'eau nécessitant un mouvement stable et un agencement de connexion de bout à bout spécial. Projet de cylindre hydraulique de fluide d'eau AISOAR
Limites des cylindres hydrauliques à tige double
Un cylindre à tige double nécessite un dégagement pour le mouvement de la tige des deux côtés. Son enveloppe d'exploitation totale peut donc être considérablement plus longue que celle d'un cylindre à tige simple équivalent.
Le cylindre possède également une ouverture de tige supplémentaire, un palier de tige, un racleur et un système d'étanchéité. Cela augmente le nombre de composants et crée une deuxième surface de tige externe qui doit être protégée de la corrosion, de la contamination et des dommages dus aux impacts.
Comme la zone effective des deux côtés est une zone annulaire, un cylindre à double tige de même diamètre et pression produit normalement moins de force maximale qu'un cylindre à tige unique fonctionnant sur son extrémité de capuchon. Un diamètre plus grand ou une pression de fonctionnement plus élevée peuvent être nécessaires pour répondre à la même exigence de force.
Les cylindres à double tige sont également moins couramment stockés en tant que cylindres d'équipement mobile standard. Beaucoup sont conçus pour une machine spécifique, une longueur d'installation, une interface d'extrémité de tige ou une exigence de contrôle de mouvement.
Applications typiques
Applications des cylindres à tige unique
Les cylindres à tige unique sont largement utilisés là où un principal mouvement de poussée, de traction, de levage ou de positionnement est requis. Les applications typiques comprennent les machines agricoles, les chargeurs, les excavateurs, les remorques à benne, les presses industrielles, les pinces, les hayons élévateurs et les équipements de gestion des déchets.
Ils sont particulièrement adaptés lorsque la machine a un espace d'installation limité ou lorsque la course de travail nécessite plus de force dans une direction que la course de retour.
Applications des cylindres à tige double
Les cylindres à double tige sont plus courants dans les équipements nécessitant un mouvement bidirectionnel symétrique, deux connexions mécaniques de tige ou un volume hydraulique similaire des deux côtés.
Les applications typiques incluent :
- Systèmes de direction hydraulique
- Équipements de positionnement de matériau
- Machinerie industrielle à mouvement alternatif
- Équipements de test hydraulique
- Systèmes d'alimentation pour machines-outils
- Actionneurs de grandes vannes
- Systèmes de contrôle de l'eau et de portails
- Équipements de test servo-hydrauliques et de fatigue
L'adéquation réelle dépend de la force requise, de la course, de la vitesse, de la fréquence des cycles, du contrôle des charges latérales et de l'espace d'installation disponible.
Comment choisir entre un cylindre à tige unique et un cylindre à tige double
Commencez par la force et la vitesse requises dans les deux directions. Si la course de travail principale nécessite une force plus élevée et que la course de retour peut être plus rapide et plus faible, un vérin à tige unique est généralement le choix le plus efficace. Si une force et une vitesse similaires sont requises dans les deux directions, un vérin à double tige égal peut simplifier la conception mécanique et hydraulique.
L'espace d'installation est également important. Un vérin à double tige nécessite de l'espace pour le déplacement de la tige à chaque extrémité, y compris un dégagement pour les accessoires et la protection de la tige. Un vérin à tige unique s'intègre généralement plus facilement dans des équipements mobiles compacts.
La sélection finale doit prendre en compte la machine dans son ensemble plutôt que seulement le vérin :
- Force de poussée et de traction requise
- Vitesse d'extension et de rétraction
- Débit de pompe et pression disponibles
- Course et longueur d'installation globale
- Flambage de la tige et chargement en traction
- Alignement du montage et des charges
- Précision de synchronisation ou de positionnement requise
- Exposition à la corrosion et à la contamination
- Accès à la maintenance et remplacement des joints
- Capteurs de position, amortisseurs et vannes de contrôle
Pour des applications inhabituelles, le fabricant de vérins doit examiner la géométrie de la machine, le cycle de fonctionnement, la charge maximale et le circuit hydraulique avant que les dimensions finales ne soient approuvées.
Les cylindres à tige unique et à tige double peuvent-ils être personnalisés ?
Oui. Les deux types peuvent être fabriqués dans des configurations soudées, à tige de liaison ou de type industrie, selon la pression de fonctionnement, le diamètre, la course, le cycle de service et les exigences de maintenance.
Les éléments personnalisables peuvent inclure le diamètre alésage, le diamètre de la tige, la course, le style de montage, le type de port, le matériau du joint, l'amortissement, le traitement de surface et la détection de position. Un vérin à double tige nécessite également la confirmation des deux dimensions de l'extrémité de tige, des longueurs de tige exposées et si les diamètres des tiges sont égaux.
AISOAR fabrique vérins hydrauliques soudés sur mesure et des vérins hydrauliques à tige d'attache sur mesure conformément aux dessins, échantillons et exigences d'application vérifiées.
